Een onderzoeksteam in Japan, geleid door Akira Yokoi van de Universiteit van Nagoya, heeft een innovatieve techniek ontwikkeld waarbij gebruik wordt gemaakt van cellulose nanovezels (CNF) die zijn afgeleid van houtcellulose om tijdens operaties extracellulaire blaasjes (EV’s) uit vloeistofmonsters en zelfs organen te vangen.
EV’s zijn kleine structuren uit kankercellen die een cruciale rol spelen in de cel-tot-celcommunicatie. Het extraheren en analyseren van EV’s met behulp van deze nieuwe technologie heeft het potentieel om een revolutie teweeg te brengen in de vroege diagnose van kanker en de deur te openen naar gepersonaliseerde geneeskunde. De onderzoekers hebben hun bevindingen gepubliceerd in Natuurcommunicatie.
Kanker is berucht om zijn slechte prognose en blijft in veel gevallen onopgemerkt tot in een vergevorderd stadium, waardoor patiënten beperkte behandelingsopties hebben. Het vroegtijdig opsporen van de kanker met behulp van EV’s en het analyseren ervan levert essentiële informatie op over de ziektestatus en de progressie ervan. Dit zou artsen moeten helpen bij het monitoren en aanpassen van gepersonaliseerde behandelplannen voor kanker. Onderzoekers zijn echter beperkt gebleven in eerdere pogingen om elektrische voertuigen te gebruiken vanwege het ontbreken van een effectieve isolatiestrategie.
Om EV’s vast te leggen, gebruikten Yokoi en zijn collega’s CNF-vellen gemaakt van houtcellulose om ze te extraheren uit vloeistofmonsters van modellen van eierstokkankermuizen. Omdat het materiaal een poreuze nanostructuur heeft, absorbeert het vel de vloeistof die de EV’s bevat in zijn poriën en sluit deze tijdens het drogen. Ze ontdekten dat de vellen EV’s konden opvangen en bewaren uit slechts tien microliter lichaamsvloeistoffen. De huidige standaardmethoden, zoals ultracentrifugatie, zijn daarentegen tijdrovender en vereisen veel grotere monsters.
“We hebben de unieke cellulose-nanovezel ontwikkeld door technologie voor het maken van papier en oplosmiddelverdringing toe te passen”, aldus Yokoi. “De cellulose-nanovezels die we gebruiken zijn een duurzaam biomassamateriaal dat grotendeels afkomstig is van houtcelwanden. Deze platen hebben aantrekkelijke eigenschappen, zoals lichtgewicht, hoge sterkte en vooral gemakkelijk biologisch afbreekbaar.”
Met behulp van de techniek hebben de onderzoekers met succes EV’s en de daarin aanwezige microRNA’s (miRNA’s) uit de eierstokkankermodellen van muizen geëxtraheerd en geanalyseerd. Omdat miRNA’s verschillen tussen gezonde en zieke patiënten, vertegenwoordigen ze een ideale diagnostische marker voor kanker. Het team identificeerde ook verschillende sets miRNA’s in EV’s verzameld van tumoroppervlakken, waarvan sommige afnamen na verwijdering van de tumor.
Het volgen van de aan- of afwezigheid van deze miRNA’s zou een gemakkelijke manier kunnen zijn om de effectiviteit van de behandeling te analyseren en vervolgens de behandeling aan te passen aan de heterogeniteit van de tumor. Heterogeniteit is een veelvoorkomend probleem waarbij kankercellen zelfs in een enkele tumor verschillende kenmerken en eigenschappen hebben.
De structuur van de vellen is vergelijkbaar met die van medisch gaas, zodat ze gemakkelijk kunnen worden bevestigd en verwijderd, zelfs wanneer ze tijdens een operatie op organen worden geplaatst. Om dit te testen gebruikte de groep onlangs verwijderde menselijke organen. Hun succesvolle test bracht een opwindende ontdekking aan het licht, aangezien de EV’s op het tumoroppervlak unieke miRNA-profielen vertoonden in vergelijking met het tumorweefsel.
“Orgaanoppervlakken waren een voorheen niet-geanalyseerde EV-subpopulatie, die nu kan worden onderworpen aan biologische beoordelingen,” zei Yokoi. “CNF-papier maakt het mogelijk om EV’s uit meerdere plaatsen in het lichaam te verkrijgen. Door vervolgens de moleculaire profielen van deze EV’s te controleren, kunnen we de ziekteprogressie volgen en de selectie van het beste medicijn op maat maken, wat bijdraagt aan gepersonaliseerde geneeskunde.”
Dr. Takahiro Ochiya, bestuurslid van de International Society for Extracellulaire Vesicles en voorzitter van de Japanse Vereniging voor Extracellulaire Vesicles is enthousiast over het potentieel van de vellen en zegt: “Exosoomanalyse met behulp van CNF-vellen is een uiterst nieuwe methode en zal naar verwachting een verscheidenheid aan toepassingen, waaronder medische toepassingen. We verwachten dat dit een grote vooruitgang zal zijn die de kennis van exosomen als medisch onderzoek rechtstreeks naar patiënten zal brengen.”
Dit onderzoek heeft brede implicaties en opent de analyse van EV’s tijdens operaties, een tot nu toe onontgonnen gebied. Vooruitkijkend zet het onderzoeksteam zich in voor het bevorderen van de medische toepassingen van EV-sheets voor verschillende ziekten, het verbeteren van de diagnostische nauwkeurigheid en het helpen inluiden van het tijdperk van gepersonaliseerde geneeskunde.
Meer informatie:
Ruimtelijke exosoomanalyse met behulp van cellulose-nanovezelvellen onthult de heterogeniteit van de locatie van extracellulaire blaasjes, Natuurcommunicatie (2023).
Tijdschriftinformatie:
Natuurcommunicatie
Geleverd door de Universiteit van Nagoya