«Пластырь» с наноиглами — нетравматичная альтернатива биопсии

Биопсия — одна из самых распространенных диагностических процедур во всем мире, однако она инвазивна, болезненна и сопряжена с риском осложнений. Порой это останавливает пациентов от ранней диагностики и дальнейших исследований. В качестве альтернативы традиционной биопсии ученые из Великобритании, Израиля и Китая разработали пластырь с наноиглами, который позволяет безболезненно и нетравматично собирать биомолекулы из тканей.

Ученые задались целью обойти ограничение пространственной биологии — ее методы, как правило, подразумевают работу с неживой тканью и разрушают образец. Однако для отслеживания пространственно-временной динамики ценна возможность многократно отбирать пробы из одного и того же живого образца, не повреждая его. Для этого исследователи применили кремниевые наноиглы — с их помощью делается «молекулярный слепок», который потом анализируют методами масс-спектрометрии.

Массивы пористых наноигл закрепили на кремниевых подложках размером 8×8 мм через каждые 2 микрона; диаметр кончика такой иглы составлял 50 нм, а ее длина (высота) — 4 мкм. Анализ липидов, полученных с помощью такого устройства из мозга свиньи, показал, что метод экстракции подходит для дальнейшей масс-спектрометрии с десорбционной ионизацией электрораспылением (DESI) — его чувствительность соответствовала установленным пределам обнаружения.

Затем ученые проверили применимость наноигл для создания молекулярного слепка с замороженного мозга мыши. Вычислительное моделирование показало, что при контакте с иглами несколько микрометров ткани быстро оттаивают, позволяя собрать биомолекулы. Молекулы липидов однородно сорбировались на наноиглах, детально воспроизводя морфологию исходной ткани.

Качество липидомной визуализации новым методом ученые сравнили с более классическим вариантом — срезами поверхностной ткани. Иерархический кластерный анализ выявил как в срезе, так и в «слепке» два кластера, которые совпадали с участками серого и белого вещества и отражают архитектуру мозга мыши. Липидный состав этих двух кластеров подтвердил морфологическую классификацию.

После этого ученые использовали молекулярный слепок, чтобы охарактеризовать глиому у мыши. Кластерный анализ идентифицировал белое и серое вещество, а опухолевый очаг выделил в отдельный кластер. Соответствие липидных профилей на срезах и слепках также подтвердилось, а анализ главных компонент дополнительно показал, что полученный при помощи наноигл слепок, как и срез ткани, позволяет точно определять границы опухоли. Качество данных было сопоставимым с анализом срезов и обеспечивало возможность пространственного картирования липидома.

Именно такое картирование и стало следующей задачей исследователей. Они оценили молекулярную гетерогенность биоптатов глиомы, полученных от пациентов. Гистопатологический анализ выявил три типа тканей: здоровые участки мозга, инфильтрированные опухолью, саму опухолевую массу и очаги некроза. Авторы проанализировали липидный состав этих участков в молекулярных слепках и на срезах.

Наноиглы практически не повреждают образец, поэтому они дают уникальную возможность многократно отбирать пробы живой ткани и отслеживать эволюцию ее липидного профиля в пространстве-времени. Ученые проследили ответ культивируемых срезов глиомы на обработку темозоломидом. Молекулярные реплики получили за двое суток до воздействия препарата и через двое суток после. За время эксперимента объем серого вещества во всех образцах немного увеличился, а белого — уменьшился, что говорит о дегенерации аксонов, которая обычно происходит в культивируемых срезах мозга. Липидный профиль также несколько изменился, однако в опухолевых очагах после обработки темозоломидом этот эффект был выражен сильнее всего. Относительное содержание 42% липидов возросло после обработки, а 58%, наоборот, уменьшилось. Значимо менялись уровни 11 из них — снижались у восьми и возрастали у трех.

Среди липидов, уровни которых снизились после обработки темозоломидом, оказались фосфатидилсерин (особенно PS 29:0) и фосфатидилинозитол. Фосфатидилсерин избирательно исчезал во всех опухолях, подвергшихся лечению. Важно, что повышение его уровня — ключевая особенность мультиформной глиобластомы, и темозоломид снижает его, в том числе через ферроптоз и вмешательство в сигнальный путь PI3K–AKT.

Статья с результатами исследования опубликована в журнале Nature. Ее авторы создали щадящий метод получения «молекулярных слепков» живой ткани, который позволяет многократно отбирать образцы из одного и того же участка, и с помощью этого метода охарактеризовали изменения липидного профиля глиобластомы под действием противоопухолевого препарата.

Чувствительность жидкостной биопсии повысили с помощью липидных наночастиц

Новая технология 3D-печати позволила создать импланты прямо в организме без хирургии