Method Article

חקר היישום של חישה ביולוגית מבוססת פיזור רמאן משופר על פני שטח של sEVs בודדים באבחון מחלות ובטיפולים

DOI:

10.3791/69258

⸱

March 13th, 2026

 ,  ,  , 
1Department of Materials Science and Engineering, University of California Los Angeles, 2Cornea Division, Stein Eye Institute, University of California Los Angeles

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כאן אנו מציגים פרוטוקול לניתוח וזיקולות חוץ-תאיות קטנות (sEVs) באמצעות ספקטרוסקופיית רמאן משופרת על פני שטח ללא תוויות (SERS), המאפשר אבחון מחלות זעיר-פולשניות והערכת sEVs ככלי אספקה טיפולית.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

פרוטוקול זה מתאר פלטפורמה מקיפה וללא תוויות המשלבת ספקטרוסקופיית רמאן משופרת על פני השטח (SERS) עם למידת מכונה (ML) לזיהוי ופרופיל מולקולרית של וזיקולות חוץ-תאיות קטנות (sEVs) ליישומים אבחנתיים וטיפוליים. השיטה מתחילה בבידוד sEV באמצעות כרומטוגרפיה של הוצאת גודל או אולטרה-צנטריפוגה. וזיקולות מבודדות מנותחות לאחר מכן על תת-מערך ננופירמידה דו-ממדי פלזמוני מהונדס, המסוגלים להיות רגישים לשפוחה יחידה. באמצעות טביעות אצבע ביוכימיות פנימיות של רמאן, הפרוטוקול מאפשר זיהוי ספציפי גבוה ללא תוויות חיצוניות. לאחר רכישת הספקטרל, הנתונים עוברים עיבוד מוקדם ומנותחים באמצעות אלגוריתמים מיומנים של למידת מכונה (כגון LDA, SVC) לסיווג מצבי מחלה, תוך הבחנה מוצלחת בין סרטן קיבה לבקרת בריאות באמצעות sEVs מרקמות, פלזמה ורוק, עם דיוק סיווג של 90.1%, 70.9% ו-60.7%. בנוסף, יישומו הטיפולי מתבטא בכימות עומס דוקסורוביצין ב-sEVs בודדים, מדידה שמוגברת באמצעות סובסטרטים מצופים גרפן כסטנדרט פנימי. גישה זו מאפשרת ניתוח בתפוקה גבוהה המתעדת הטרוגניות אוכלוסיית, החיונית לגילוי מוקדם של מחלות ולהבנת יעילות טעינת התרופות ברמת שלף יחיד.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

וזיקולות חוץ-תאיות קטנות (sEVs), בדרך כלל בקוטר של 30 עד 200 ננומטר, מופרשות באופן טבעי על ידי תאים לנוזלים ביולוגיים ונושאות חלבונים, ליפידים וחומצות גרעין המעידות על תא מוצאם 1,2,3. כביומרקרים לא פולשניים הנמצאים ברוק, שתן ונוזלי גוף אחרים4, הם מבטיחים לאבחון מוקדם של מחלה, פרוגנוזה ומעקב טיפולי, במיוחד באונקולוגיה 5,6,7. עם זאת, התרגום הקליני שלהם מוגבל בשל הטרוגניות גבוהה ושפע נמוך במטריצות ביולוגיות מורכבות

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

איסוף הדגימות האנושיות בוצע בהתאם להצהרת הלסינקי ואושר על ידי מועצת הביקורת המוסדית (IRB) של UCLA. כל התורמים נתנו הסכמה מדעת בכתב לפני השתתפותם במחקר.

הערה: בסך הכול 4 קווי תאים, AGS (CRL-1739), A549 (CCL-185), NCI-N87 (CRL-5822), Hs 738.St/Int (CRL-7869), כולם נרכשו מספק מסחרי, שימשו במחקר זה. קווי התאים הללו גודלו ועברו בקפדנות לפי הוראות הספק ותגובותיו. המדיה המעובדת נאספה ואוחסנה בטמפרטורה של -20 מעלות צלזיוס לפני העיבוד. במרכז הרפואי סמסונג בקוריאה, תורמים תרמו מרצון דגימות רקמה, פלזמה ורוק. רקמת סרטן הקיבה נאספה במהלך כריתה כירורגית, בעוד שביופסיות מביקורת לא-סרטנית נאספו באמצעות אנדוסקופיה.....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

יישום מוצלח של פרוטוקול SERS חד-וזיקולתי מניב ספקטרום ראמן מובחן מ-sEVs בודדים, ומאפשר סיווג אבחוני בהמשך ומניטור עומס תרופות טיפולי. איור 1 מציג את זרימת העבודה של מחקר האבחון לסרטן הקיבה ויישום ניטור ה-sEVs העמוסים בתרופות באמצעות הפרוטוקול המדווח כאן, בהתאמה.

figure-results-1
איור 1

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

היבט מרכזי בפרוטוקול זה הוא הכנת המצע וטיהור ה-sEV. הביצועים של SERS ללא תוויות תלויים במידה רבה בייצור מצעים פלזמוניים אחידים ובעלי קונפורמיות גבוהה עם "נקודת חמה" חזקה. באופן דומה, בידוד sEV טהור גבוה באמצעות כרומטוגרפיה של החרגת גודל הוא חיוני ליצירת ספקטרום SERS אמין וניתן לשחזור. זיהומים כמו אגרגטים חלבונים או ליפופרוטאינים לא רק מחלישים את אות הוזיקולה, אלא גם עלולים לבלבל את סיווג למידת המכונה בהמשך על ידי הכנסת רעש ספקטרלי.

יתרון משמעותי של הפ.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים מצהירים כי אין להם ניגודי עניינים הקשורים לעבודה זו.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

עבודה זו נתמכה על ידי המרכז הלאומי לקידום מדעי התרגום של המכונים הלאומיים לבריאות תחת מספרי פרס 4UH3TR002978-03 ו-1U18TR003778-01, ועל ידי מענק מהמכון לרפואה רגנרטיבית של קליפורניה (CIRM) (מספר מענק TRAN1-14649).

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
1x PBSתרמו פישר סיינטיפיקJ61196. AP
רשת נחושת של 300 רשתותמדעי מיקרוסקופיית אלקטרוניםEMS200-Cu
4% תמיסת פאראפורמלדהידסיגמא אולדריץ'1004960700
4″ Si wafers MSE Supplies<חזק>WA0810(100) מכוון 
קו התאים A549ATCCCCL-185 
קו התאים של AGSATCCCRL-1739
רוטור צנטריפוגה F-35-6-30, 5430אפנדורף<חזק>22654306
CHA Mark 40CHA Mark 40https://chaindustries.com/mark-40-system/אידוי קרן אלקטרונית
תמיסת חריטת Crסיגמא אולדריץ'651826-500ML
דוקסורוביצין  D-4000מעבדות LCD-4000_3g
מערכת ExoView R100 וערכת טטראספנין אנושית של ExoViewNanoView Bioscienceshttps://www.nowmedicalstudios.
com/portfolio/nanoview-
Biosciences-3D-product-illustrations
פתרון FeCl3סיגמא אולדריץ'451649
פתרון HFסיגמא אולדריץ'695068-500ML
Hs 738.St/Int קו תאיםATCCCRL-7869
באמצעות מיקרוסקופ קונפוקלי של רמאןרנישוhttps://www.renishaw.com/en/
invia-confocal-raman-microscope
--6260?srsltid=AfmBOoqbZlyW
qv2KDdcXV0UZnp8tdLNgYZ0
GbZvGOWI6z1OKi48rg5-b
פתרון KOHסיגמא אולדריץ'417661
שייקרים חד-מימיים/מקררים של MaxQ 4000 על שולחןתרמו-סיינטיפיקSHKA4000 (4320)
חממת MCO-19AICסניו8380-30-0035
מסנן מילקס-GPמיליפורסיגמאSLGPM33RS  0.22 ומיקרו; m
מיקרוסקופ NanoSEM 230FEISEM-FEI-014 
Nanosight NS300מלוורן אנליטיhttps://www.malvernpanalytical
.com/en/support/product-support
/nanosight-range/nanosight-ns300
קו התאים NCI-N87ATCCCRL-5822
Optima TLX אולטרה-צנטריפוגהבקמן קולטר8043-30-1197
אוקספורד פלסמלאב 80 פלוסאוקספורד פלסמלאבhttps://plasma.oxinst.com/
products/rie/plasmapro-800-rie
כדורי פוליסטירןאלפא אסאר<חזק>AA42711AB500 ננומטר
qEVoriginal/35 ננומטראיזוןICO-35
גרפן חד-שכבתיMSE Supplies<חזק>ME0408
בקבוק T-75VWR156800
TF20 EM ברזולוציה גבוההFEIhttps://eicn.cnsi.ucla.edu/project/fei-tf20-tem/
תמיסת אצטט אורנילמדעי מיקרוסקופיית אלקטרונים22400-1

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Van Niel, G., et al. Challenges and directions in studying cell-cell communication by extracellular vesicles. Nat Rev Mol Cell Biol. 23 (5), 369-382 (2022).
  2. Herrmann, I. K., Wood, M. J. A., Fuhrmann, G. Extracellular vesicles as a next-generat....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Surface Enhanced RamanRaman SpectroscopySmall Extracellular VesiclessEV IsolationMachine Learning ClassificationPlasmonic SubstrateGold Nanopyramid ArrayGraphene SubstrateDisease DiagnosisDoxorubicin Loading

Related Articles