Een microfluïdisch magnetisch detectiesysteem voor tumor-afgeleide exosoomanalyse

In een onderzoek gepubliceerd op 7 november 2023 in het journaal Microsystemen en nano-engineeringhebben onderzoekers van het Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, de Chinese Academie van Wetenschappen en de Shanghai Tech University een innovatief microfluïdisch magnetisch detectiesysteem (μFMS) ontwikkeld voor het analyseren van tumor-afgeleide exosomen (TDE’s), potentiële biomarkers voor de diagnose van kanker. Dit baanbrekende systeem zou de vroege detectie en behandeling van kanker aanzienlijk kunnen verbeteren.

In de methodologie van het microfluïdische magnetische detectiesysteem (μFMS), DNA-tetraëdrische gestructureerde probes (TSP’s) en Fe₃O₄ magnetische nanodeeltjes (MNP’s) gemodificeerd met CD63-aptameren creëren synergetisch magnetische nano-reportersondes (MNR’s). Deze MNR’s zijn vakkundig geïntegreerd in een microfluïdische chip, die beschikt over kronkelige microkanalen en een op inductiespoelen gebaseerde magnetische detector, waardoor een snelle en zeer gevoelige detectie van van tumoren afgeleide exosomen (TDE’s) mogelijk wordt.

Het nauwgezette voorbereidingsproces omvatte het synthetiseren van specifieke DNA-sequenties om de TSP’s en MNR’s te vormen. De microfluïdische chips, gemaakt van polydimethylsiloxaan (PDMS) en met aldehyde gemodificeerde glasplaatjes, zijn ontworpen om TSP’s effectief te immobiliseren. Extractie van TDE’s uit U251-cellijnen werd bereikt door ultracentrifugatie, gevolgd door gedetailleerde karakterisering met behulp van transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) en dynamische lichtverstrooiing (DLS).

Belangrijke bevindingen uit dit onderzoek zijn onder meer de opmerkelijke detectiecapaciteiten van de μFMS, die een dynamisch bereik vertonen van 1,98 × 10³ tot 1,98 × 10⁷ deeltjes/ml en een detectielimiet van 1,98 × 10³ deeltjes/ml in fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS), die zelfs effectief wordt gehandhaafd. in gesimuleerde serummonsters. Het innovatieve serpentijnontwerp van de microfluïdische chip verbetert aanzienlijk de efficiëntie van TDE-vangst, terwijl de integratie van DNA-TSP’s op het oppervlak van de chip de specificiteit van TDE-detectie vergroot.

De μFMS vertegenwoordigt een grote sprong voorwaarts in de TDE-analyse. De hoge gevoeligheid en specificiteit ervan, gekoppeld aan het potentieel voor gemakkelijke integratie in klinische omgevingen, maken de weg vrij voor het gebruik ervan bij de vroege diagnose en monitoring van kanker. Het succes van dit systeem in gesimuleerde klinische serummonsters versterkt het potentieel ervan in toepassingen in de echte wereld. Toekomstig onderzoek en ontwikkeling zullen zich richten op het verfijnen van deze technologie voor wijdverbreid klinisch gebruik, waardoor de diagnostiek en therapieën voor kanker mogelijk worden getransformeerd.