Коллектив биофизиков из МФТИ и Сколтеха с коллегами разработал новую технологию выделения внеклеточных везикул из биологических жидкостей. Исследование везикул необходимо для диагностики и лечения разных заболеваний, в том числе онкологических. Предлагаемая технология превосходит известные сегодня методы по чистоте и количеству выделяемых частиц. Она проста, быстра и недорога, для ее реализации требуется только стандартное лабораторное оборудование. Работа опубликована в высокорейтинговом The Journal of Extracellular Vesicles.

Везикулы

Везикулы

 

Клетки нашего тела «общаются» друг с другом через кровяное русло, в которое они выделяют определенные сигнальные молекулы. Чтобы эти молекулы дошли до адресата, они заключаются в специальные внеклеточные везикулы, маленькие наноразмерные пузырьки. Везикулы выполняют роль системы доставки. Наполнение везикул от здоровых и больных клеток различно, на этом и основана диагностика. Везикулы, секретируемые нездоровыми клетками, содержат целый ряд различных биологических молекул-биомаркеров заболевания. Их изучение позволяет, помимо диагностики, также проводить мониторинг лечения, анализируя динамику изменения количества везикул, содержащих выбранные маркеры.

Но встает вопрос: как выделить эти носители ввиду их очень маленького размера? В биологических жидкостях огромное количество различных молекул, но необходимо выделить только везикулы, чтобы затем можно было определить содержащиеся в них белковые молекулы, которые могут быть биомаркерами заболевания, а могут быть и биомаркерами здоровья. В зависимости от того, какие нуклеиновые кислоты (например мРНК или ДНК) или белки находится внутри или на поверхности везикул, делается заключение о перспективах для больного. Поэтому необходимо, чтобы подобные исследования проводились быстро, эффективно и недорого.

Василий Чернышев, ведущий разработчик этой темы, научный сотрудник лаборатории разработки инновационных лекарственных средств и агробиотехнологий МФТИ и лаборатории биофотоники Сколтеха, рассказывает: «На данный момент существует несколько официально признанных методов выделения везикул. Они либо достаточно трудоемки, либо требуют специального оборудования, например ультрацентрифуги. Не всякая клиника может купить такую центрифугу, и эффективность выделения везикул при этой методике достаточно низкая».

Ученые разработали фильтрационное устройство, специальный состав мембраны, конструкцию мембраны и последовательность процедуры. Технология позволила выделять везикулы просто, эффективно и с высокой чистотой, что очень важно для диагностики, а также для исследований, направленных на изучение внеклеточных везикул. Устройство делается полностью из российских комплектующих, стоимость его минимальна.

Василий Чернышев поясняет: «Мы совместно с компанией “Простагност” разработали девайс для выделения везикул. Идея в том, что разделение происходит в толще мембраны при определенной конструкции пор. В отличие от традиционной фильтрации, мы улавливаем продукт внутри фильтра и извлекаем его обратным потоком. Новая технология позволяет из крови, плазмы, мочи, то есть практически любых биологических жидкостей, эффективно выделять внеклеточные везикулы разных размеров, в частности экзосомы. Получаемые препараты — экзосомы высокой чистоты, свободные от примесей других внеклеточных частиц и молекул, но главное, что для этого требуются обычная лабораторная центрифуга, определенные мембраны и пробирки, вполне доступные для любой клинической лаборатории РФ».

Сергей Леонов, заведующий лабораторией разработки инновационных лекарственных средств и агробиотехнологий МФТИ, добавляет: «Нашей группой была проведена большая работа по характеристике и доказательству чистоты мембранных везикул размером от 40 до 100 нм, называемых экзосомами. Это очень важно для диагностики и очень важно для протеомики. Все научные и медицинские исследования, посвященные изучению внеклеточных везикул, очень нуждаются в такого рода простых, быстрых и эффективных методах. Мы предложили уникальную отечественную технологию, которая может стать рутинной для традиционной онкологической практики. Данная работа является успешным примером проводимой МФТИ межинститутской, индустриальной и международной кооперации, которая позволяет успешно решать вопросы не только импортозамещения, но и вывода на рынок инновационных отечественных разработок, превышающих по своим характеристикам существующие мировые аналоги».

В работе, кроме ученых из лаборатории разработки инновационных лекарственных средств и агробиотехнологий МФТИ и Сколтеха, принимали участие коллеги из Института биоорганической химии им. Шемякина и Овчинникова РАН, Национального медицинского исследовательского центра акушерства, гинекологии и перинатологии им. В. И. Кулакова Минздрава России, Института биологического приборостроения РАН, Университета штата Юта (США) и компании «Простогност».

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.

 

Информация и фото предоставлены пресс-службой МФТИ