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.
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.«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», — рассказывает Василий Чернышев, ведущий разработчик этой темы, научный сотрудник лаборатории разработки инновационных лекарственных средств и агробиотехнологий МФТИ и лаборатории биофотоники Сколтеха.
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.
