Streamlined and comprehensive circulating tumor exosome profiling by microfluidic arrayed nanoplasmonic sensors and actuators

通过微流体阵列纳米等离子体传感器和执行器进行简化和全面的循环肿瘤外泌体分析

基本信息

  • 批准号:
    10426030
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 66.33万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-06-15 至 2025-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Detection of cancer biomarkers in the blood, known as “liquid biopsy”, can in principle improve the accuracy of measuring nearly invisible “minimal residual disease (MRD)”. Exosomes are cell- excreted extracellular vesicles that contain surface proteins and genetic materials (DNA and RNA) that reflect the characteristics and make-up of the parental cell. Analyzing exosomes would therefore provide direct insight into the state of the cancerous cell. For cancer diagnostics in particular, recent evidences have shown that several micro-RNAs are differentially expressed in CTE. Therefore, unlocking the wealth of information in CTE can potentially cause a paradigm shift. However, current barriers for profiling CTE are the following: (1) all existing technologies require blood withdrawal; (2) involve sophisticated protocols; (3) label-free sizing/counting lacks molecular specificity; (4) provide highly averaged results with high background from normal exosomes, thus leading to poor sensitivity. (5) provide “partial” information: either surface antigen or cargo DNA/RNA, but not both. All of the above has led to a simplistic binary outcome that lacks dynamic range and cannot be used frequently with high sensitivity. We propose a multi-pronged solution on a microfluidic arrayed nanoplasmonic sensor & actuator (MANSA) platform for: (1) streamlined isolation, concentration, and profiling. (2) improve sensitivity by monitoring individual unlabeled exosome binding events with dynamic imaging technology complemented by spectroscopic imaging. (3) improve specificity by profiling both surface antigen and internal D/RNA biomarkers at single exosome level. (4) eliminate blood withdrawal using an integrated needle device. (5) benchmark performance with various sample complexity from cancer cell line extracts to cancer patient blood samples. Our goal is to obtain a high-resolution, digital exosome map with both multiplex surface protein and cargo D/RNA biomarker profiles to facilitate high dynamic range enumeration and boost sensitivity. The proposed technology will become a cost- effective, point-of-care-friendly, translational platform that will address a critical need in early cancer and MRD detection to improve cancer healthcare outcomes. The technology can also be broadly applied to exosome-based diagnostics of non-cancer diseases and basic biomedical research.
项目摘要 检测血液中的癌症生物标志物,被称为“液体活检”,原则上可以改善 测量几乎看不见的“最小残留疾病(MRD)”的准确性。外泌体是细胞 - 排出含有表面蛋白和遗传材料(DNA和RNA)的细胞外蔬菜 这反映了父母细胞的特征和构成。分析外泌体会 因此,直接深入了解癌细胞的状态。用于癌症诊断 特别的,最近的例子表明,几种微RNA在 CTE。因此,解锁CTE中的大量信息可能会导致范式 转移。但是,当前进行分析CTE的障碍如下:(1)所有现有技术 需要抽血; (2)涉及复杂的协议; (3)无标签的尺寸/计数缺乏 分子特异性; (4)提供高度平均的结果,其背景高于正常 外泌体,从而导致敏感性不佳。 (5)提供“部分”信息:任何一个表面抗原 或货物DNA/RNA,但不是两者。以上所有这些都导致了一个简单的二元结果 动态范围,不能以高灵敏度经常使用。我们提出了一个多管齐的 微流体阵列纳米质传感器和执行器(MANSA)平台上的解决方案:(1) 简化的隔离,浓度和分析。 (2)通过监视提高灵敏度 通过动态成像技术完成的单个未标记的外泌体绑定事件 光谱成像。 (3)通过对表面抗原和内部进行分析来提高特异性 D/RNA生物标志物在单一外泌体水平上。 (4)使用集成的 针头装置。 (5)癌细胞系具有各种样品复杂性的基准性能 提取癌症患者血液样本。我们的目标是获得高分辨率的数字外泌体 具有多个表面蛋白和货物D/RNA生物标志物轮廓的地图以促进高 动态范围枚举和增强灵敏度。提出的技术将成为成本 - 有效的,护理的友好,翻译的平台,该平台将在早期满足至关重要的需求 癌症和MRD检测以改善癌症的医疗保健结果。该技术也可以是 广泛应用于非癌症和基本生物医学的基于外泌体的诊断 研究。

项目成果

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