腫瘍分泌ナノ粒子を超解像する

Light Publishing Center、長春光学研究所、精密機械物理学、CAS

画像: (a) 不均一な分布のバイオマーカーを保持する sEV が腫瘍細胞から放出されます。 (b) sEV は抗体でコーティングされたプレート上に捕捉され、UCNP によって標識されます。 (c) 異なる強度を持つ単一の明るいスポットとして検出された UCNPs -EV コンジュゲートは、超解像ナノスコピーで超解像できます。もっと見る

クレジット: Guan Huang、Yongtao Liu、Dejiang Wang、Ying Zhu、Shihui Wen、Juanfang Ruan、Dayong Jin 著

腫瘍形成と癌の進行は多段階のプロセスを構成することが一般に受け入れられています。 治療決定の指針となるがんの診断および予後診断に最も一般的に使用される方法は、画像検査と侵襲的組織生検の複雑な組み合わせに基づいています。 ただし、この方法は早期がん診断に対して常に感度が高いわけではありません。 小細胞外小胞 (sEV) は、ナノメートルサイズの二重層脂質担体であり、脂質、タンパク質、代謝産物、RNA、DNA などの多種多様な積荷を含んでいます。 元のがん細胞から放出されたsEVは、ほぼすべての体液中に存在します。 これらは、腫瘍の成長に伴う動的な生物学的変化を独自に反映し、がんの進行段階を示すため、リキッドバイオプシーにおける循環バイオマーカーとなる可能性があります。

超解像顕微鏡技術は、解像度を回折限界を超えてナノメートルスケールに押し上げることによって出現しました。

eLightに掲載された新しい論文の中で、シドニー工科大学のダヨン・ジン教授率いる科学者チームは、ランタニドをドープしたEVをターゲットとしたナノスコピック信号増幅器（LENS）に基づく革新的な技術を開発した。 彼らの論文「単一の小さな細胞外小胞の超解像度定量化のためのアップコンバージョン ナノ粒子」は、がんの診断と予後において多大な可能性を秘めています。

合成アップコンバージョン ナノ粒子 (UCNP) の種類には、非線形の光スイッチング特性があります。 これらにより、30 nm 未満の光学分解能を達成する新しいタイプの超解像ナノスコピーが可能になります。 ナノフォトニックプローブを使用した研究者の最近の研究は、sEVの定量的検出における超高感度をさらに達成しました。 これらのプローブは、標準的な酵素結合免疫吸着検定法 (ELISA) よりもほぼ 3 桁優れた感度を記録しました。

研究者らは、単一EVの表面バイオマーカーを超解像するために画像解像度をさらに向上させました（図1）。 このアプローチは、均一で明るく光安定性のあるナノフォトニックプローブの使用に基づいています。 それぞれに数万個のランタニドイオンが高濃度にドープされています。 彼らの実験では、sEV は最初に CD9 抗体でコーティングされたスライド上に捕捉され、ビオチン化 EpCAM 抗体で挟まれました。 次に、ストレプトアビジンで官能化されたアップコンバージョン ナノプローブにより、シグナル増強のために EpCAM 抗体にタグが付けられました。 単一の sEV 上のナノプローブにより、ドーナツ型レーザー ビーム下での超解像顕微鏡による可視化が可能になります。 ドーナツビームの中央にある単一のナノプローブは、プローブが位置する部分にくぼみのある発光パターンを生成します。 その結果、近くにある 2 つのナノプローブをナノスケールで回折限界を超えて超解像することができます。

研究者らは、さまざまな種類およびさまざまな濃度のエミッターをドープしたアップコンバージョンナノプローブのライブラリを使用して、単一のsEVの超解像度イメージングが達成できることを実証しました。 彼らは、抗体結合ナノプローブが大型EVと単一sEVの両方の腫瘍エピトープ上皮細胞接着分子（EpCAM）を特異的に標的にできることを確認した（図2）。 研究者らは、超解像度イメージングを使用して、各 sEV 上のナノプローブの特定の数を定量化できます。 彼らは、単一の sEV 上でナノプローブのサイズと立体障害を分析することが理論的に可能であることを示しました (図 3)。

eライト

10.1186/s43593-022-00031-1

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