В Центре онкологии им. Н.Н. Петрова оптимизировали выделение нановезикул

Что такое нановезикулы и зачем их выделять?

В 2013 группа ученых получила Нобелевскую премию за открытие системы везикулярного транспорта. Они выяснили, с помощью какого инструмента клетки общаются друг с другом. В ходе длительных исследований они установили, что передача информации происходит посредством нановезикул – пузырьков диаметром 80-150 нанометров, образованных билипидной мембраной.

Везикулы продуцируются, то есть производятся, всеми клетками организма. Они содержат в себе липиды, протеины и РНК родительских клеток, то есть, по сути, являются «отпечатками» родительской клетки и могут многое рассказать о ней. По их составу иногда можно понять: какого типа клетка их секретировала и в каком состоянии она была.

Везикулы попадают в межклеточное пространство, а затем и в остальные биологические жидкости, такие как кровь, слюна, спинномозговая жидкость и т.д. То есть они циркулируют во всех жидкостях человеческого организма. Эти биоструктуры переносят сигнальные или структурные молекулы между клетками анатомически отдаленных тканей и таким образом влияют на биологию и жизнедеятельность клеток-реципиентов.

Из этого следует, что нановезикулы обладают большим диагностическим потенциалом. Везикулы являются «биохимическими портретами» родительских клеток, то есть, изучив везикулы, можно получить важную информацию о клетках, которые их продуцировали (произвели). На их основе возможна разработка новых методов диагностики различных заболеваний, в том числе и рака.

Что придумали петербургские ученые?

Чтобы изучить везикулы, необходимо их выделить из любой жидкости человека. Поскольку забор крови является стандартом диагностических исследований, многие ученые начали изучать возможности выделения везикул из плазмы крови.

До настоящего времени выделение происходило с помощью центрифугирования. Однако этот метод, во-первых, занимает слишком много времени, во-вторых, не позволяет получить качественный материал для исследований.

Решение проблемы нашла группа российских ученых. Научный коллектив лаборатории субклеточных технологий с группой эндокринологии НМИЦ онкологии. им. Н.Н. Петрова предложил быстрый, дешевый и легкий способ выделения нановезикул.

– Если говорить просто – мы оптимизировали способ выделения везикул из плазмы крови, применяя физические и физико-химические явления. Везикулы могут стать основой для новых методов диагностики. Но одна из основных проблем на пути разработки таких методов – отсутствие удобного для рутинной практики метода выделения везикул из крови. По стандартной технологии ультра-центрифугирования процесс выделения везикул из дюжины образцов мог занимать целый рабочий день, - прокомментировала Мария Александровна Слюсаренко, научный сотрудник НМИЦ онкологии им. Н.Н. Петрова и аспирантка физического факультета СПбГУ.

Над научным проектом работала мультидисциплинарная команда, в которую вошли специалисты из национального медицинского исследовательского Центра онкологии им. Н.Н. Петрова, физического факультета СПбГУ, ООО «Онкосистема», Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», Центра фотоники и квантовых материалов Сколковского научно-технического института.

Исследователи, опираясь на фундаментальные знания в области физики, биологии и химии, предположили, что везикулы можно выделять путем создания так называемой двухфазной полимерной системы.

Если смешать два полимера в жидкости, то при определенных соотношениях их концентраций произойдет расслоение раствора на две фазы: верхнюю и нижнюю. Этот феномен был давно известен, но для решения задачи выделения нановезикул он был использован лишь дважды: группами корейских и турецких исследователей.

Ученые усовершенствовали эту технологию и подобрали оптимальное соотношение молекулярных масс и концентраций двух полимеров.

– В пробирке с плазмой крови мы растворяем два полимера, в итоги общий раствор разделялся на две фазы. В нижней фазе концентрируются нановезикулы, а в верхней – остальные компоненты плазмы. Такой метод выделения является достаточно быстрым и эффективным, для анализа можно использовать даже 1,5 мл плазмы. А за день в лаборатории можно выделить везикулы из 100 образцов, - прокомментировала новую разработку Анастасия Валерьевна Малек, д.м.н., заведующая научной лабораторией субклеточных технологий НМИЦ им. Н.Н. Петрова.

Результаты научной работы опубликованы в журнале PolymersMDPI.

Зачем это нужно?

Новая технология выделения везикул позволяет разрабатывать новые методы диагностики различных заболеваний, в том числе и рака. Теперь для того, чтобы обнаружить раковые клетки в организме человека, достаточно взять кровь.