Kwantificering met superresolutie van enkele kleine extracellulaire blaasjes

Het is algemeen aanvaard dat tumorigenese en kankerprogressie een meerstapsproces vormen. De meest gebruikte methode voor de diagnose en prognose van kanker om behandelbeslissingen te sturen, is gebaseerd op een complexe combinatie van beeldvorming en invasieve weefselbiopten. De methoden zijn echter niet altijd gevoelig voor de diagnose van kanker in een vroeg stadium.

Kleine extracellulaire blaasjes (sEV’s) zijn tweelagige lipidedragers ter grootte van nanometers en bevatten een grote verscheidenheid aan ladingen, waaronder lipiden, eiwitten, metabolieten, RNA’s en DNA’s. sEV’s die vrijkomen uit originele kankercellen komen voor in bijna alle lichaamsvloeistoffen. Ze kunnen de potentiële circulerende biomarkers worden in vloeibare biopsieën, omdat ze op unieke wijze de dynamische biologische veranderingen weerspiegelen die gepaard gaan met de groeiende tumoren en de stadia van kankerprogressie aangeven.

Superresolutiemicroscopietechnieken zijn ontstaan ​​door de resolutie voorbij de diffractielimiet naar nanometerschalen te duwen.

In een nieuw artikel gepubliceerd in eLight, heeft een team van wetenschappers, onder leiding van professor Dayong Jin van de University of Technology Sydney, een innovatieve technologie ontwikkeld op basis van met Lanthanide gedoteerde EV-targeting Nanoscopische signaalversterkers (LENS). Hun paper, “Upconversion Nanoparticles for Super-resolution Quantification of Single Small Extracellular Vesicles”, heeft een enorm potentieel voor de diagnose en prognose van kanker.

Het type synthetische opconversie-nanodeeltjes (UCNP’s) heeft niet-lineaire foto-schakelbare eigenschappen. Ze maken een nieuw type superresolutie-nanoscopie mogelijk om een ​​optische resolutie van minder dan 30 nm te bereiken. Het recente werk van de onderzoeker met behulp van nanofotonische sondes heeft verder ultragevoeligheid bereikt bij de kwantitatieve detectie van sEV’s. Deze sondes registreerden een gevoeligheid van bijna drie orden van grootte beter dan de standaard enzymgekoppelde immunosorbenttest (ELISA).

De onderzoekers verbeteren de beeldresolutie verder om de oppervlakte-biomarkers op enkele EV’s superop te lossen (Fig. 1). De aanpak is gebaseerd op het gebruik van uniforme, heldere en fotostabiele nanofotonische sondes. Elk is sterk gedoteerd met tienduizenden lanthanide-ionen.

In hun experiment werden de sEV’s eerst gevangen op een glaasje bedekt met CD9-antilichaam en ingeklemd door een gebiotinyleerd EpCAM-antilichaam. Streptavidine-gefunctionaliseerde opconversie-nanoprobes labelden vervolgens het EpCAM-antilichaam voor signaalversterking. De nanosondes op enkele sEV’s maken een superresolutiemicroscoop mogelijk voor visualisatie onder een donutvormige laserstraal. Een enkele nanosonde in het midden van de donutstraal genereert een emissiepatroon met een dip waar de sonde zit. Als gevolg hiervan kunnen de twee nabijgelegen nanosondes super-opgelost worden voorbij de diffractielimiet op nanoschaal.

De onderzoekers tonen aan dat beeldvorming met superresolutie van enkele sEV’s kan worden bereikt met behulp van een bibliotheek van opconversie-nanoprobes die zijn gedoteerd met verschillende soorten en gevarieerde concentraties van emitters. Ze bevestigen dat met antilichaam geconjugeerde nanoprobes zich specifiek kunnen richten op tumorepitoopepitheliaal cellulair adhesiemolecuul (EpCAM) op zowel grote EV’s als enkele sEV’s (Fig. 2). Met behulp van beeldvorming met superresolutie kunnen de onderzoekers het specifieke aantal nanosondes op elke sEV kwantificeren. Ze hebben aangetoond dat het theoretisch mogelijk is om de grootte en sterische hindering van nanosondes op enkele sEV’s te analyseren (Fig. 3).