Домашний тест на меланому: пластырь с микроиглами заменит биопсию

Тестирование на меланому в будущем может проводиться дома с помощью кожного пластыря и тест-полоски с двумя линиями — аналогично домашним тестам на COVID-19, согласно исследователям из Университета Мичигана.

Новый силиконовый пластырь с микроскопическими иглами в форме звезды, получивший название ExoPatch, сумел отличить меланому от здоровой кожи у мышей.

Пластырь и тест представляют собой шаг к быстрому домашнему тестированию на меланому, помогая пациентам обнаружить наиболее агрессивную форму рака кожи на ранней стадии — без биопсии или забора крови.

«Иглы в форме звезды облегчают прокол и делают его менее болезненным, но они настолько малы, что проходят только через самый верхний слой кожи — эпидермис — и не прокалывают кровеносные сосуды»,
сказала Сунита Награтх, профессор химической инженерии Университета Мичигана и соавтор исследования, опубликованного в журнале Biosensors and Bioelectronics.

Микроиглы ExoPatch, длиной всего 0,6 мм и с шириной наконечника менее 100 нанометров (0,0001 мм), покрыты гелем, который захватывает экзосомы — крошечные пузырьки, выделяемые клетками — из интерстициальной жидкости, заполняющей пространство между клетками в эпидермисе.

Ранее считалось, что экзосомы — это просто «мусор», выбрасываемый клетками для утилизации. На самом деле, они содержат фрагменты ДНК и РНК, которые используются клетками для обмена сигналами. Экзосомы раковых клеток могут помогать опухолям распространяться, подготавливая ткани к принятию опухолевых клеток ещё до их прибытия. Обнаружение этих экзосом может позволить выявлять рак на более ранней стадии, чем существующие методы.

Гель, покрывающий ExoPatch, содержит белок аннексин V, который притягивает экзосомы и прикрепляет их к поверхности микроигл. После удаления с кожи пластырь помещается в кислоту, которая растворяет гель и высвобождает экзосомы в раствор. Затем в этот раствор опускается тест-полоска:

• если в образце есть экзосомы меланомы, появляются две полоски,

• если нет — одна полоска,
  — точно так же, как это происходит с тестами на COVID-19.

«Человеку со светлой кожей и родинками нужно посещать врача каждые шесть месяцев, чтобы проводить биопсию и выяснять, злокачественные они или нет.
С этим тестом можно будет сделать это дома, сразу получить результат, и при положительном — обратиться к дерматологу»,
говорит Награтх.

В качестве первого шага в подтверждении концепции исследователи протестировали ExoPatch на образце свиных тканей, которые по толщине и составу близки к человеческой коже. С помощью микроскопа они выяснили, что микроиглы проникали примерно на 350–600 нанометров в кожу. Для сравнения: толщина эпидермиса на предплечье человека составляет около 18 300 нанометров.

Чтобы проверить, может ли ExoPatch захватывать экзосомы меланомы из кожи, команда исследователей провела тест на образцах кожи мышей: половина образцов — от здоровых животных, половина — от мышей, которым была введена часть опухоли человеческой меланомы. После 15-минутного нанесения ExoPatch был помещён под мощный микроскоп.

«Когда я увидел микроскопические изображения, я был рад увидеть, как хорошо экзосомы прилипли к микроиглам и оказались в диапазоне размеров 30–150 нанометров, как мы и ожидали»,
— сказал Скотт Смит, аспирант химической инженерии из Университета Мичигана и соавтор исследования.

После подтверждения того, что экзосомы прилипают к ExoPatch, исследователи растворили гель и провели образцы через тест-полоски. Тест успешно отличил образцы меланомы от здоровых тканей — интенсивность второй полоски была в 3,5 раза выше у образцов с меланомой.

ExoPatch извлекал в 11,5 раза больше экзосомальных белков из образцов меланомы по сравнению со здоровой тканью, что показывает его способность избирательно захватывать раковые экзосомы.

Следующим шагом станет пилотное исследование на людях, за которым последуют клинические испытания — чтобы внедрить технологию в практику. Кроме меланомы, гелевое покрытие ExoPatch можно будет модифицировать для обнаружения экзосом, выделяемых другими видами рака, связанными с твёрдыми опухолями — такими как рак лёгких, груди, толстой кишки, простаты и головного мозга.

«Это первый пластырь, разработанный для захвата болезнеспецифичных экзосом из жидкости под кожей.
Потенциал этого подхода — огромен»,
— сказала Награтх.