Des scientifiques de l’Institut Terasaki pour l’innovation biomédicale (TIBI) ont développé une lentille de contact capable de capturer et de détecter des exosomes, des vésicules de taille nanométrique trouvées dans les sécrétions corporelles qui ont le potentiel d’être des biomarqueurs diagnostiques du cancer. La lentille a été conçue avec des microchambres liées à des anticorps qui peuvent capturer les exosomes trouvés dans les larmes. Cette lentille de contact à microchambre de signalisation conjuguée à un anticorps (ACSM-CL) peut être colorée pour la détection avec des anticorps spécifiques marqués par des nanoparticules pour une visualisation sélective. Cela offre une plate-forme potentielle pour le pré-dépistage du cancer et un outil de diagnostic de soutien simple, rapide, sensible, rentable et non invasif.
Les exosomes sont formés dans la plupart des cellules et sécrétés dans de nombreux fluides corporels, tels que le plasma, la salive, l’urine et les larmes. Autrefois considérés comme des dépotoirs pour les matériaux indésirables de leurs cellules d’origine, on sait maintenant que les exosomes peuvent transporter différentes biomolécules entre les cellules. Il a également été démontré qu’il existe une multitude de protéines de surface sur les exosomes – certaines qui sont communes à tous les exosomes et d’autres qui sont augmentées en réponse au cancer, aux infections virales ou aux blessures. De plus, les exosomes dérivés de tumeurs peuvent fortement influencer la régulation, la progression et les métastases tumorales.
En raison de ces capacités, l’utilisation d’exosomes pour le diagnostic du cancer et la prédiction du pronostic/traitement a suscité beaucoup d’intérêt. Cependant, cela a été entravé par la difficulté d’isoler des exosomes en quantité et pureté suffisantes à cette fin. Les méthodes actuelles impliquent une ultracentrifugeuse fastidieuse et longue et des gradients de densité, d’une durée d’au moins dix heures. D’autres difficultés sont posées dans la détection des exosomes isolés ; les méthodes couramment utilisées nécessitent un équipement coûteux et encombrant.
L’équipe TIBI a mis à profit son expertise dans la conception et la fabrication de biocapteurs de lentilles de contact pour éliminer le besoin de ces méthodes d’isolement en concevant leur ACSM-CL pour capturer les exosomes des larmes, une source optimale et plus propre d’exosomes que le sang, l’urine et la salive.
Ils ont également facilité et optimisé la préparation de leur ACSM-CL par l’utilisation d’approches alternatives. Lors de la fabrication des microchambres pour leur objectif, l’équipe a utilisé une approche directe de découpe et de gravure au laser plutôt qu’un moulage par moulage conventionnel pour la rétention structurelle des chambres et de l’objectif.
De plus, l’équipe a introduit une méthode qui modifie chimiquement les surfaces des microchambres pour les activer pour la liaison des anticorps. Cette méthode a été utilisée à la place des approches standard, dans lesquelles des matériaux métalliques ou nanocarbonés doivent être utilisés dans des salles blanches coûteuses.
L’équipe a ensuite optimisé les procédures pour lier un anticorps de capture aux microchambres ACSM-CL et un anticorps de détection différent (contrôle positif) sur des nanoparticules d’or qui peuvent être visualisées par spectroscopie. Ces deux anticorps sont spécifiques de deux marqueurs de surface différents présents sur tous les exosomes.
Dans une expérience de validation initiale, l’ACSM-CL a été testé contre des exosomes sécrétés dans des surnageants de dix lignées de tissus et de cellules cancéreuses différentes. La capacité à capturer et à détecter les exosomes a été validée par les décalages spectroscopiques observés dans tous les échantillons testés, en comparaison avec les témoins négatifs. Des résultats similaires ont été obtenus lorsque l’ACSM-CL a été testé contre dix échantillons de larmes différents prélevés sur des volontaires.
Dans les expériences finales, des exosomes dans des surnageants collectés à partir de trois lignées cellulaires différentes avec différentes expressions de marqueurs de surface ont été testés contre l’ACSM-CL, ainsi que différentes combinaisons d’anticorps de détection spécifiques au marqueur. Les modèles résultants de détection et de non-détection des exosomes des trois lignées cellulaires différentes étaient comme prévu, validant ainsi la capacité de l’ACSM-CL à capturer et détecter avec précision les exosomes avec différents marqueurs de surface.
Les exosomes sont une riche source de marqueurs et de biomolécules qui peuvent être ciblés pour plusieurs applications biomédicales. La méthodologie que notre équipe a développée facilite grandement notre capacité à puiser dans cette source. »
Ali Khademhosseini, Ph.D., directeur et PDG de TIBI
