AuNP-аптасенсор: новая технология жидкостной биопсии для диагностики колоректального рака

ЦЕЛЬ: разработка и апробация нового метода диагностики колоректального рака (КРР) путем полуколичественного анализа специфических популяций внеклеточных нановезикул (ВНВ) плазмы с помощью технологии AuNP-аптасенсора.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ: в исследовании были использованы образцы плазмы пациентов с колоректальным раком (n = 37), пациентов с болезнью Крона (n = 10) и здоровых доноров (n = 32). Исследование стандартных характеристик ВНВ было проведено с помощью анализа траекторий наночастиц (АТН) и проточной цитометрии; характеристик наночастиц золота — с помощью лазерной корреляционной и абсорбционной спектроскопии. Полуколичественный анализ специфических популяций ВНВ в составе плазмы доноров и пациентов был проведен с помощью технологии AuNP-аптасенсора, предполагающей колориметрический метод оценки результатов.

РЕЗУЛЬТАТЫ: разработаны и протестированы AuNP-аптасенсоры на основе девяти различных ДНКаптамеров. Показано увеличение количества КРР-специфичных ВНВ в плазме пациентов с КРР по сравнению с плазмой доноров и пациентов с болезнью Крона. После проведенной оптимизации показателей диагностической значимости AuNP-аптасенсора составили: AUC — 0,95, специфичность — 88,89%, чувствительность — 90,63%. В группе пациентов с КРР показана корреляция между размерами опухоли и результатами, полученными с помощью AuNP-аптасенсора.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: оценка количества КРР-специфичных ВНВ плазмы при помощи технологии AuNP-аптасенсор является перспективным методом диагностики КРР.

1. Мерабишвили М.В. Выживаемость онкологических больных. Санкт-Петербург. 2011; I:Выпуск 2.

2. Zhang Y, Wang Y, Zhang B, et al. Methods and biomarkers for early detection, prediction, and diagnosis of colorectal cancer. Biomedicine & pharmacotherapy = Biomedecine & pharmacotherapie. 2023;163:114786. doi: 10.1016/j.biopha.2023.114786

3. Hanna M, Dey N, Grady WM. Emerging Tests for Noninvasive Colorectal Cancer Screening. Clinical Gastroenterology and Hepatology. 2023;21(3):604–616. doi: 10.1016/j.cgh.2022.12.008

4. Mannucci A, Goel A. Stool and blood biomarkers for colorectal cancer management: an update on screening and disease monitoring. Molecular Cancer. 2024;23(1):259. doi: 10.1186/s12943-024-02174-w

5. Ахмалтдинова Л.Л., Авдиенко О.В., Сирота В.Б., и соавт. Биомаркеры в диагностике колоректального рака. Медицина и экология. 2018.

6. Косарева П.В., Конев Р.А., Сивакова Л.В., и соавт. Онкомаркеры в диагностике, прогнозе и выборе метода лечения колоректального рака. Современные проблемы науки и образования. 2022.

7. Ханевич М.Д., Хазов А.В., Хрыков Г.Н., и соавт. Факторы риска и профилактика колоректального рака. Профилактическая медицина. 2019;22(3):107 111.

8. Каприн А.Д., Старинский В.В., Шохзадова А.О. Злокачественные новообразования в России в 2023 году (заболеваемость и смертность). Москва, 2024.

9. Gao Y, Qin Y, Wan C, et al. Small Extracellular Vesicles: A Novel Avenue for Cancer Management. Frontiers in Oncology. 2021.

10. Nazarova I, Slyusarenko M, Sidina E, et al. Evaluation of ColonSpecific Plasma Nanovesicles as New Markers of Colorectal Cancer. Cancers. 2021;13(15):3905. doi: 10.3390/cancers13153905

11. Назарова И.В., Никифорова Н.С., Сидина Е.И., и соавт. Возможности диагностики колоректального рака с помощью детекции ткане-специфичных внеклеточных нано-вазикул. Колопроктология. 2019;19(4):32–56. doi: 10.33878/2073-7556-2020-19-4-32-56

12. Röthlisberger P, HollensteinM. Aptamer chemistry. Advanced Drug Delivery Reviews. 2018;134:3–21. doi: 10.1016/j.addr.2018.04.007

13. Ellington A.D., Szostak J.W. In vitro selection of RNA molecules that bind specific ligands. Nature. 1990;346(6287):818–822. doi: 10.1038/346818a0

14. Li W-M, Bing T, Wei J-Y, et al. Cell-SELEX-based selection of aptamers that recognize distinct targets on metastatic colorectal cancer cells. Biomaterials. 2014;35(25):6998–7007. doi: 10.1016/j.biomaterials.2014.04.112

15. Sefah K, Meng L, Lopez-Colon D, et al. DNA Aptamers as Molecular Probes for Colorectal Cancer Study. PLoS ONE. 2010;5(12):e14269. doi: 10.1371/journal.pone.0014269

16. Maimaitiyiming Y, Yang C, Wang Y, et al. Selection and characterization of novel DNA aptamer against colorectal carcinoma Caco‐2 cells. Biotechnology and Applied Biochemistry. 2019;66(3):412–418. doi: 10.1002/bab.1737

17. Zhu C, Li L, Wang Z, et al. Recent advances of aptasensors for exosomes detection. Biosensors and Bioelectronics. 2020;160:112213. doi: 10.1016/j.bios.2020.112213

18. Кацуба К.Е., Крамынин Л.А., Слюсаренко М.А., и соавт. Диагностический потенциал CD30(+)-нановезикул плазмы при лимфоме Ходжкина. Онкогематология. 2023;18(4):145– 155. doi: 10.17650/1818-8346-2023-18-4-145-155

19. Slyusarenko M, Shalaev S, Valitova A, et al. AuNP Aptasensor for Hodgkin Lymphoma Monitoring. Biosensors. 2022. doi: 10.3390/bios12010023

20. Zabegina L, Zyatchin I, Kniazeva M, et al. Diagnosis of Prostate Cancer through the Multi-Ligand Binding of Prostate-Derived Extracellular Vesicles and miRNA Analysis. Life. 2023;13(4):1–15. doi: 10.3390/life13040885

21. Turkevich J, Stevenson PC, Hillier J. A study of the nucleation and growth processes in the synthesis of colloidal gold. Discussions of the Faraday Society. 1951;55(03):580–584. doi: 10.1039/df9511100055

22. Slyusarenko M, Nikiforova N, Sidina E, et al. Formation and evaluation of a two-phase polymer system in human plasma as a method for extracellular nanovesicle isolation. Polymers. 2021. doi: 10.3390/polym13030458

23. Willms E, Cabañas C, Mäger I, et al. Extracellular vesicle heterogeneity: Subpopulations, isolation techniques, and diverse functions in cancer progression. Frontiers in Immunology. 2018. doi: 10.3389/fimmu.2018.00738

24. Yahaya ML, Zakaria ND, Noordin R, et al. Synthesis of large and stable colloidal gold nanoparticles (AuNPs) by seeding-growth method. Materials Today: Proceedings. 2022;66:2943–2947. doi: 10.1016/j.matpr.2022.06.563

25. Shah J, Purohit R, Singh R, et al. ATP-enhanced peroxidaselike activity of gold nanoparticles. Journal of Colloid and Interface Science. 2015;456:100–107. doi: 10.1016/j.jcis.2015.06.015

26. Cha BS, Jang YJ, Lee ES, et al. Development of a Novel DNA Aptamer Targeting Colorectal Cancer Cell-Derived Small Extracellular Vesicles as a Potential Diagnostic and Therapeutic Agent. Advanced Healthcare Materials. 2023;12(27):1–14. doi: 10.1002/adhm.202300854

27. Li WM, Bing T, Wei JY, et al. Cell-SELEX-based selection of aptamers that recognize distinct targets on metastatic colorectal cancer cells. Biomaterials. 2014;35(25):6998–7007. doi: 10.1016/j.biomaterials.2014.04.112

28. Zheng Y, Zhao Y, Di Y, et al. DNA aptamers from whole-serum SELEX as new diagnostic agents against gastric cancer. RSC Advances. 2019. doi: 10.1039/C8RA08642G

29. Wu X, Zhao Z, Bai H, et al. DNA Aptamer Selected against Pancreatic Ductal Adenocarcinoma for in vivo Imaging and Clinical Tissue Recognition. Theranostics. 2015;5(9):985–994. doi: 10.7150/thno.11938

30. Wu X, Liu H, Han D, et al. Elucidation and structural modeling of cd71 as a molecular target for cell-specific aptamer binding. Journal of the American Chemical Society. 2019;141(27):10760– 10769. doi: 10.1021/jacs.9b03720

31. Champanhac C, Teng IT, Cansiz S, et al. Development of a panel of DNA Aptamers with High Affinity for Pancreatic Ductal Adenocarcinoma. Scientific Reports. 2015;5:1–8. doi: 10.1038/srep16788

32. Clawson GA, Abraham T, Pan W, et al. A Cholecystokinin B Receptor-Specific DNA Aptamer for Targeting Pancreatic Ductal Adenocarcinoma. Nucleic Acid Therapeutics. 2017;27(1):23–35. doi: 10.1089/nat.2016.0621

33. Li K, Qi L, Gao L, et al. Selection and preliminary application of a single stranded DNA aptamer targeting colorectal cancer serum. RSC Advances. 2019;9(66):38867–38876. doi: 10.1039/c9ra04777h

34. Li X, An Y, Jin J, et al. Evolution of DNA aptamers through in vitro metastatic-cell-based systematic evolution of ligands by exponential enrichment for metastatic cancer recognition and imaging. Analytical Chemistry. 2015;87(9):4941–4948. doi: 10.1021/acs.analchem.5b00637

35. Cao HY, Yuan AH, Chen W, et al. A DNA aptamer with high affinity and specificity for molecular recognition and targeting therapy of gastric cancer. BMC Cancer. 2014. doi: 10.1186/1471-2407-14-699

36. Huang X, Zhong J, Ren J, et al. A DNA aptamer recognizing MMP14 for in vivo and in vitro imaging identified by cell-SELEX. Oncology Letters. 2019;18(1):265–274. doi: 10.3892/ol.2019.10282

37. Matsumura T, Sugimachi K, Iinuma H, et al. Exosomal microRNA in serum is a novel biomarker of recurrence in human colorectal cancer. British journal of cancer. 2015;113(2):275–281. doi: 10.1038/bjc.2015.201

38. Ogata-Kawata H, Izumiya M, Kurioka D, et al. Circulating exosomal microRNAs as biomarkers of colon cancer. PloS one. 2014;9(4):e92921. doi: 10.1371/journal.pone.0092921

39. Wei P, Wu F, Kang B, et al. Plasma extracellular vesicles detected by Single Molecule array technology as a liquid biopsy for colorectal cancer. Journal of Extracellular Vesicles. 2020. doi: 10.1080/20013078.2020.1809765

40. Park J, Park JS, Huang C-H, et al. An integrated magnetoelectrochemical device for the rapid profiling of tumour extracellular vesicles from blood plasma. Nature biomedical engineering. 2021;5(7):678–689. doi: 10.1038/s41551-021-00752-7

41. A Study ofImaging, Blood, and Tissue Samples to Guide Treatment of Colon Cancer and Related Liver Tumors. DOI: NCT03432806

42. Identification of New Diagnostic Protein Markers for Colorectal Cancer (EXOSCOL01). DOI: NCT04394572

43. Contents of Circulating Extracellular Vesicles: Biomarkers in Colorectal Cancer Patients (ExoColon). DOI: NCT04523389