Domowy test na czerniaka: plaster z mikronakłuwaczem zamiast biopsji

Naukowcy z University of Michigan twierdzą, że testy na czerniaka będzie można w przyszłości wykonywać w domu, przy użyciu plastra na skórę i dwuliniowego paska testowego — podobnie jak domowe testy na COVID-19.

Nowa silikonowa łatka z mikroskopijnymi igłami w kształcie gwiazdek, nazwana ExoPatch, pozwala odróżnić czerniaka od zdrowej skóry u myszy.

Plaster i test stanowią krok w kierunku szybkiego, domowego wykrywania czerniaka, pomagając pacjentom wykryć najbardziej agresywną postać raka skóry na wczesnym etapie — bez konieczności biopsji ani pobierania krwi.

„Gwiaździste igły sprawiają, że nakłuwanie jest łatwiejsze i mniej bolesne, ale są tak małe, że przenikają tylko przez najwyższą warstwę skóry — naskórek — i nie przebijają naczyń krwionośnych” —
powiedziała Sunita Nagrath, profesor inżynierii chemicznej na Uniwersytecie Michigan i współautorka badania opublikowanego w czasopiśmie Biosensors and Bioelectronics.

Mikronakłuwacze ExoPatch o długości zaledwie 0,6 mm i szerokości końcówki mniejszej niż 100 nanometrów (0,0001 mm) pokryte są żelem, który wychwytuje eksosomy — maleńkie pęcherzyki wydzielane przez komórki — z płynu śródmiąższowego wypełniającego przestrzenie między komórkami w naskórku.

Wcześniej uważano, że eksosomy to po prostu „śmieci” wyrzucane przez komórki do utylizacji. W rzeczywistości zawierają one fragmenty DNA i RNA, które są wykorzystywane przez komórki do wymiany sygnałów. Eksosomy komórek nowotworowych mogą wspomagać rozprzestrzenianie się nowotworów, przygotowując tkanki do przyjęcia komórek nowotworowych przed ich dotarciem. Wykrycie tych eksosomów może umożliwić wcześniejsze wykrycie raka niż za pomocą istniejących metod.

Żel pokrywający ExoPatch zawiera białko zwane aneksyną V, które przyciąga egzosomy i przyczepia je do powierzchni mikronakłuć. Po zdjęciu plastra ze skóry, umieszcza się go w kwasie, który rozpuszcza żel i uwalnia egzosomy do roztworu. Następnie zanurza się w roztworze pasek testowy:

• Jeżeli próbka zawiera egzosomy czerniaka, pojawią się dwa pasma,

• Jeśli nie, jest jeden pasek,
  tak jak w przypadku testów na COVID-19.

„Osoba z jasną karnacją i znamionami powinna co sześć miesięcy odwiedzać lekarza w celu wykonania biopsji, aby sprawdzić, czy zmiany są nowotworowe.
Dzięki temu testowi można go wykonać w domu, wyniki są natychmiast dostępne, a jeśli będą pozytywne, można udać się do dermatologa” –
mówi Nagrath.

Pierwszym krokiem w celu udowodnienia tej koncepcji było przetestowanie ExoPatch na próbce tkanki świńskiej, która pod względem grubości i składu przypomina ludzką skórę. Za pomocą mikroskopu odkryli, że mikroigły wnikają w skórę na głębokość od 350 do 600 nanometrów. Dla porównania, naskórek ludzkiego przedramienia ma grubość około 18 300 nanometrów.

Aby sprawdzić, czy ExoPatch może wychwytywać egzosomy czerniaka ze skóry, zespół zbadał próbki skóry myszy: połowę od zdrowych zwierząt, a połowę od myszy, którym wstrzyknięto fragment ludzkiego czerniaka. Po 15 minutach od aplikacji, ExoPatch umieszczono pod mikroskopem o dużej mocy.

„Kiedy zobaczyłem obrazy mikroskopowe, byłem zadowolony, widząc, jak dobrze eksosomy przylegały do mikronakłuć. Ich rozmiar mieścił się w zakresie 30–150 nanometrów, zgodnie z naszymi oczekiwaniami” –
powiedział Scott Smith, student inżynierii chemicznej na Uniwersytecie Michigan i współautor badania.

Po potwierdzeniu, że eksosomy przylegają do ExoPatch, naukowcy rozpuścili żel i przepuścili próbki przez paski testowe. Test skutecznie odróżnił próbki czerniaka od zdrowej tkanki – intensywność drugiego paska była 3,5 razy wyższa w próbkach czerniaka.

ExoPatch wyizolował 11,5 razy więcej białek egzosomalnych z próbek czerniaka w porównaniu ze zdrową tkanką, co dowodzi jego zdolności do selektywnego wychwytywania egzosomów nowotworowych.

Kolejnym krokiem będzie badanie pilotażowe na ludziach, a następnie badania kliniczne mające na celu wdrożenie technologii w praktyce. Oprócz czerniaka, powłokę żelową ExoPatch można zmodyfikować w celu wykrywania eksosomów wydzielanych przez inne nowotwory związane z guzami litymi, takie jak rak płuc, piersi, jelita grubego, prostaty i mózgu.

„To pierwszy plaster zaprojektowany do wychwytywania egzosomów specyficznych dla danej choroby z płynu podskórnego.
Potencjał tego podejścia jest ogromny” –
powiedział Nagrath.