Extrazelluläre Vesikel (EVs) sind von Zellen abgesonderte Lipiddoppelschicht-Biopartikel mit einem Durchmesser von 30 bis 250 nm. Sie sind eine vielversprechende Quelle für Biomarker für Flüssigbiopsien zur Krebsfrüherkennung und Echtzeitüberwachung der Tumorentwicklung. Die Analyse von Elektrofahrzeugen in Nanogröße in Blutproben wurde jedoch durch das Fehlen effektiver, schneller und standardisierter Methoden zur Isolierung und Reinigung von Elektrofahrzeugen behindert.
In einer Studie veröffentlicht in Wissenschaftliche FortschritteSun Jiashus Gruppe vom National Center for Nanoscience and Technology (NCNST) der Chinese Academy of Sciences (CAS) und Mitarbeiter des Fifth Medical Center des Chinese PLA General Hospital haben kaskadierte mikrofluidische Schaltkreise entwickelt, die einen Zellentfernungskreislauf und einen EV-Isolationsschaltung zur schnellen, ertragreichen und hochreinen pulsatilen Filtration von EVs direkt aus Vollblutproben.
„Das Schlüsseldesign der kaskadierten mikrofluidischen Schaltkreise basiert auf einer elektrisch-hydraulischen Analogie“, sagte Li Zhenglin vom NCNST, Erstautor der Veröffentlichung.
Durch die Nachahmung der Funktion elektrischer Schaltkreise stellten die Forscher mikrofluidische Schaltkreise mit einer Elastomermembran (Fluidkondensator), einem Rückschlagventil (Diode) und Mikrokanälen (Widerständen) her; somit könnten die mikrofluidischen Schaltkreise pulsierende Strömungen unter pulsierendem Druck erzeugen, ohne komplexe Steuersysteme zu erfordern.
Durch die Integration mit einem Polycarbonat-Membranfilter (Porengröße von 600 nm, für die Plasmaextraktion) und einem anodischen Aluminiumoxid-Membranfilter (Porengröße von 20 nm, für die EV-Reinigung) konnten diese kaskadierten mikrofluidischen Schaltkreise EVs erfolgreich direkt aus Blutproben isolieren und reinigen innerhalb von 30 Minuten, was dem Ultrazentrifugationsverfahren und dem Dead-End-Filtrationsverfahren überlegen ist.
Das klinische Potenzial von isolierten Elektrofahrzeugen wurde mit einem thermophoretischen Ein-Schritt-Polyethylenglykol-Aptasensor weiter untersucht. Durch den Nachweis der Expressionsniveaus von epithelialen Zelladhäsionsmolekülen auf Elektrofahrzeugen wurde eine präzise Unterscheidung zwischen nicht metastasierten Brustkrebspatientinnen und gesunden Spendern mit einer Gesamtgenauigkeit von 91 % erreicht.
„Die kaskadierten mikrofluidischen Schaltkreise zeigen eine effiziente und robuste Isolierung von Elektrofahrzeugen ohne die Notwendigkeit komplexer externer Geräte und werden eine deutliche Verbesserung auf dem Gebiet der mikrofluidischen Membranfiltration bewirken“, sagte Sun Jiashu von NCNST, einer der korrespondierenden Autoren des Papiers.
Mehr Informationen:
Zhenglin Li et al, Kaskadierte mikrofluidische Schaltkreise zur pulsatilen Filtration extrazellulärer Vesikel aus Vollblut zur Krebsfrüherkennung, Wissenschaftliche Fortschritte (2023). DOI: 10.1126/sciadv.ade2819. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade2819