Μια σημαντική κλινική πρόκληση είναι η ανάγκη διάγνωσης ασθενειών με μη επεμβατικούς τρόπους. Πολύτιμες πληροφορίες για ένα ευρύ φάσμα βιολογικών διεργασιών μπορούν να βρεθούν στα εξωσώματα, που είναι δομές που απελευθερώνονται σχεδόν από όλους τους τύπους ζωντανών κυττάρων.
Πρόκειται για εξωκυττάρια κυστίδια νανοκλίμακας στα οποία εγκλωβίζονται πολύπλοκα βιομόρια, συμπεριλαμβανομένων πρωτεϊνών, λιπιδίων και νουκλεϊκών οξέων. Μελετώντας αυτά τα εξωσώματα, οι κλινικοί γιατροί μπορούν να αναγνωρίσουν τις βιολογικές διεργασίες που σχετίζονται με συγκεκριμένες ασθένειες, χωρίς την ανάγκη εφαρμογής πιο παρεμβατικών μεθόδων.
Μια ιδιαίτερα χρήσιμη πηγή εξωσωμάτων είναι τα δάκρυα τα οποία μοιράζονται βασικά βιομοριακά συστατικά με το αίμα και είναι επίσης πολύ πιο εύκολα προσβάσιμα από άλλα υγρά στο μάτι.
Ωστόσο, οι μεταφράσεις των δακρυϊκών εξωσωμάτων για την ανακάλυψη βιοδεικτών και την κλινική διάγνωση περιορίζονται πρακτικά από τη χαμηλή ανάκτηση, τον μεγάλο χρόνο επεξεργασίας και τον μικρό όγκο δείγματος.
Μια μέθοδος που αναπτύχθηκε από μια ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής τον Luke Lee στην Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ και τον Fei Liu στο Ιατρικό Πανεπιστήμιο Wenzhou χρησιμοποιεί ταλαντευόμενες νανοπορώδεις μεμβράνες για να απομονώσει εγκλεισμένα στα δάκρυα βιομόρια.
Στη μελέτη τους, που αναφέρεται στο ACS Nano , οι ερευνητές εισάγουν μια νέα προσέγγιση νανοτεχνολογίας στην ανάλυση δακρύων, που ονομάζεται «ενσωματωμένη ανάλυση δακρύων-εξωσωμάτων μέσω συστήματος ταχείας απομόνωσης» (iTEARS).
Η μέθοδός τους περιλαμβάνει πρώτα τη συλλογή δακρύων σε μια μη επεμβατική δοκιμαστική ταινία, η οποία είναι βυθισμένη σε διάλυμα άλατος. Στη συνέχεια, το ρευστό περνά ανάμεσα από ένα ζεύγος νανοπορωδών μεμβρανών, κατασκευασμένων από αργίλιο με ανοδική οξείδωση.
Και οι δύο μεμβράνες οδηγούνται σε ταλάντωση από τη μεταβαλλόμενη διαφορά πίεσης μεταξύ του ρευστού εσωτερικά και του εξωτερικού χώρου. Κατά τη διάρκεια αυτών των ταλαντώσεων μικρά θραύσματα βιομορίων διαπερνούν τα εμπόδια, αφήνοντας μέσα παγιδευμένα τα εξωσώματα.
Στη συνέχεια, η ομάδα αφαιρεί το φορτίο των εξωσωμάτων από τα περιβλήματα της κυτταρικής τους μεμβράνης και το αναλύει.
Χρησιμοποιώντας το iTEARS, οι ερευνητές ανέλυσαν τα δάκρυα εθελοντών, υγιών και πασχόντων από διάφορες ασθένειες που σχετίζονται με τα μάτια. Η τεχνική τους επέτρεψε την απομόνωση υψηλού φορτίου καθαρών εξωσωμάτων σε μικρή ποσότητα δακρύων (περίπου 10 μl) μέσα σε μόλις 5 λεπτά για κάθε εθελοντή.
Συνολικά εντοπίστηκαν πάνω από 900 τύποι πρωτεΐνης στα δείγματα, οι 426 από τους οποίους βρέθηκαν σε εξωσώματα που σχετίζονται με την ξηροφθαλμία, μια κοινή πάθηση όπου τα δάκρυα δεν υγραίνουν επαρκώς το μάτι.
Εντοπίζοντας τρεις συγκεκριμένες πρωτεΐνες στα δάκρυα ενός ασθενούς, οι ερευνητές μπόρεσαν επίσης να διακρίνουν δύο υποτύπους της ξηροφθαλμίας, οι οποίες απαιτούν διαφορετικές θεραπείες.
Επιπλέον, οι ερευνητές διαπίστωσαν μια περίσσεια τεσσάρων τύπων μορίου mRNA η οποία είναι ενδεικτική της διαβητικής αμφιβληστροειδοπάθειας, μιας επιπλοκής του διαβήτη που βλάπτει τον αμφιβληστροειδή.
Με βάση αυτή την πρώιμη επιτυχία, οι ερευνητές πιστεύουν ότι το iTEARS θα μπορέσει στο μέλλον να χρησιμοποιηθεί για τη βελτίωση της μοριακής διάγνωσης μέσω δακρύων οφθαλμικών διαταραχών, συστηματικών ασθενειών και πολλών άλλων νευροεκφυλιστικών ασθενειών, αλλά και καρκίνου.
