Los exosomas de vesículas extracelulares (EV) de tamaño nanométrico sirven como fuentes confiables de biomarcadores. Sin embargo, identificar biomarcadores de cáncer mediante el mapeo de información molecular multiómica de exosomas es un desafío debido a las poblaciones heterogéneas de exosomas que se originan en diferentes tipos de células.
Estudio: los exosomas preparados con nanopompones permiten la detección altamente específica de biomarcadores de cáncer. Crédito: Meletios Verras/Shutterstock.com
En un artículo publicado en la revista biología de la comunicaciónlos investigadores introdujeron nuevas partículas de nanografeno inmunomagnéticas tridimensionales (3D) para la captura y liberación específicas (definidas por un marcador) del exosoma intacto. Las novedosas partículas de nanografeno diseñadas con estructura 3D tenían una morfología de pompón floral única.
Además, la captura y liberación de exosomas intactos se logró mediante la química de foto-clic. Este enfoque de aislamiento de exosomas permitió la identificación de biomarcadores de cáncer con sensibilidad y especificidad mejoradas. Se realizó un análisis de exosomas multiómicos para identificar biomarcadores de cáncer utilizando fluidos tisulares obtenidos de un paciente con cáncer de vejiga.
Los exosomas preparados a partir de partículas inmunomagnéticas de nanografeno mostraron una clara en vivo Biodistribución, indicando calidad integral con alta viabilidad. Basada en partículas inmunomagnéticas de nanografeno, esta técnica es un enfoque simple aplicable a varios fluidos biológicos. La modificación del método desarrollado facilita el escalado, el enriquecimiento y el aislamiento de exosomas de alto rendimiento.
¿Qué son los biomarcadores del cáncer?
A pesar de los esfuerzos en curso para desarrollar biomarcadores de cáncer, solo unos pocos han sido aprobados clínicamente por la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. (USFDA), incluidos el receptor de progesterona (PR), el receptor 2 del factor de crecimiento epidérmico humano (HER-2/neu) antígeno 125 (CA -125) y antígeno prostático específico (PSA).
Los EV son fuentes emergentes de biomarcadores que se están explorando para descubrir un amplio espectro de biomarcadores de cáncer para lograr el diagnóstico del cáncer, la orientación y administración de fármacos y la inmunoterapia. Los pequeños vehículos eléctricos de tipo exosoma y sus componentes moleculares están asociados con diversas funciones fisiológicas y patologías de enfermedades. Los exosomas son secretados por las células tumorales y están enriquecidos con marcadores tumorales. En consecuencia, aumenta su presencia en el plasma y ascitis de pacientes diagnosticados de cáncer.
Los fluidos corporales contienen diferentes tipos de vehículos eléctricos. Por lo tanto, no se pueden lograr poblaciones de exosomas homogéneos específicos de células. Las vesículas de membrana secretadas por células (EV) son de origen heterogéneo, presentes en múltiples subpoblaciones y varían en tamaño de 30 a 1000 nanómetros. Por lo tanto, debido a la heterogeneidad en las vesículas y sus rangos de tamaño superpuestos, no se puede identificar el origen celular exacto de los exosomas para comprender la patogénesis de la enfermedad.
Los métodos de purificación existentes utilizados para recuperar materiales extracelulares (EM) que contienen moléculas vesiculares o no vesiculares incluyen kits de polímeros de precipitación y precipitación basados en ultracentrifugación (UC). Sin embargo, estos enfoques no son escalables y no se pueden distinguir las poblaciones de exosomas que se originan a partir de diferentes tipos de células o subtipos de EV. Por lo tanto, el estudio de biomarcadores de cáncer de exosomas derivados de células cancerosas es un desafío.
una representación esquemática de la producción de nanopompones. b Imágenes TEM y SEM que muestran la morfología única de pompón floral en 3D a nanoescala en comparación con las perlas inmunomagnéticas comerciales. c Imágenes de TEM con tinción de nanopartículas de inmunooro de los exosomas capturados que cubren completamente la superficie de los nanopompones. Los vehículos eléctricos capturados se confirman mediante nanopartículas de oro antiCD63. El recuadro muestra los exosomas individuales capturados en el rango de tamaño de ~100 nm con tres nanopartículas de oro unidas (~10 nm). d Análisis de seguimiento de nanopartículas de exosomas aislados de NanoPoms con una distribución de tamaño mucho más estrecha en comparación con los EV aislados de UC. e Análisis de seguimiento de nanopartículas del tamaño de los exosomas aislados con NanoPoms (n = 4 experimentos independientes, media ± SD) en comparación con el aislamiento ExoEasy (n = 4 experimentos independientes, media ± SD), que muestra un tamaño más pequeño y reproducible de los exosomas de los NanoPoms la preparación mostró. f Las imágenes SEM que muestran los exosomas densos se capturan cubriendo la superficie de los nanopompones y se pueden revelar completamente a través de la fotoescisión a pedido. Después de la liberación, los exosomas intactos se pueden recolectar para el análisis multiómico posterior, incluida la secuenciación de próxima generación de ADN, ARN, transferencia de Western y análisis proteómico, así como estudios in vivo. © He N, Thippabhotla S, Zhong C, Greenberg Z, Xu L, Pessetto Z, Godwin AK. et al. (2022)
Exosomas de nanografeno para detectar biomarcadores específicos de cáncer
El presente estudio demostró un enfoque novedoso para la captura y liberación específicas de los exosomas intactos utilizando partículas inmunomagnéticas de nanografeno con estructura 3D. Estas partículas inmunomagnéticas de nanografeno tienen una morfología similar a un pompón, y los mecanismos de captura y liberación de exosomas se basaron en la química de foto-clic.
Los exosomas intactos para el presente estudio se aislaron de varios fluidos biológicos, incluida la orina y la sangre humanas, la leche de vaca y el medio de cultivo celular. Además, el aislamiento de exosomas a través de perlas inmunomagnéticas de nanografeno facilitó la identificación eficaz de biomarcadores de cáncer con alta sensibilidad y especificidad en comparación con los aislados a través de perlas inmunomagnéticas.
Que en vivo Se probó la biodistribución de los exosomas liberados de las partículas inmunomagnéticas de nanografeno. Los resultados revelaron diferentes patrones de biodistribución con cambios insignificantes en las propiedades de la superficie de los exosomas, lo que indica el potencial de las partículas nanomagnéticas de nanografeno en el desarrollo terapéutico.
Los exosomas obtenidos a partir de fluidos tisulares de cáncer de vejiga (orina y plasma) se compararon con los de tejidos tumorales mediante secuenciación de próxima generación (NGS) de miRNA, proteoma global y mutaciones de ADN somático para lograr un diagnóstico invasivo y altamente sensible de cáncer de vejiga.
Los resultados mostraron que los exosomas aislados de partículas inmunomagnéticas de nanografeno mostraron una sensibilidad y especificidad mejoradas para la detección de biomarcadores de tumores urológicos en comparación con los enfoques de ultracentrifugación o aislamiento de perlas.
La influencia de los estímulos externos, como la liberación de luz, se observó en el aislamiento de exosomas a través de un enfoque basado en partículas inmunomagnéticas de nanografeno, comparando los perfiles de miARN en presencia y ausencia del proceso de liberación de luz. El proceso de liberación de luz mostró especificidad al liberar solo los exosomas capturados. Estas observaciones confirmaron la calidad y la integridad de los exosomas preparados con nanografeno-partículas inmunomagnéticas como un método sólido y simple.
¿Qué descubrió el estudio?
En resumen, el aislamiento de exosomas a través de un enfoque basado en partículas inmunomagnéticas de nanografeno se ha aplicado a varios fluidos biológicos, incluida la orina y la sangre humanas, el medio de cultivo celular y la leche de vaca. Este procedimiento de aislamiento fue simple y no requirió un proceso adicional de ultracentrifugación.
La estructura 3D de las partículas inmunomagnéticas de nanografeno y el proceso de captura y liberación regulado por marcadores específicos ayudaron a crear subpoblaciones homogéneas de exosomas que podrían enriquecer los biomarcadores del cáncer.
La NGS y la reacción en cadena de la polimerasa digital de gotas (ddPCR) demostraron que el aislamiento de ADN de exosomas preparados con partículas inmunomagnéticas de nanografeno podría enriquecerse para mutaciones de ADN en tumores relacionados con el cáncer de vejiga y podría ayudar en la identificación de biomarcadores de cáncer.
Relación
He N, Thippabhotla S, Zhong C, Greenberg Z, Xu L, Pessetto Z, Godwin AK. y otros. (2022) Los exosomas preparados con nanopompones permiten la detección de biomarcadores de cáncer altamente específicos. biología de la comunicación. https://www.nature.com/articles/s42003-022-03598-0
