黑色素瘤检测未来可能在家中通过皮肤贴片和两条线的试纸完成，类似于家用新冠检测。密歇根大学的研究人员开发了这种新型硅胶贴片，其上装有星形微针，被称为ExoPatch。该贴片已在小鼠实验中成功区分黑色素瘤与健康皮肤。这项技术朝着快速、家庭化的黑色素瘤检测迈出了重要一步，帮助患者在无需活检或抽血的情况下尽早发现这种最具侵袭性的皮肤癌。
“星形针头使穿刺更容易且无痛，但它们非常小，仅穿透皮肤最外层——表皮层，不会造成出血。” 密歇根大学化学工程系Dwight F. Benton教授、该研究的通讯作者之一Sunitha Nagrath表示。这项研究发表在《Biosensors and Bioelectronics》上。
这种用于家庭黑色素瘤检测的硅胶贴片配有星形微针，长度仅为0.6毫米，针尖宽度小于100纳米（0.0001毫米），微针上涂有一层凝胶，能够捕获细胞释放的外泌体——这些微小的囊泡来自细胞之间的组织液。
外泌体曾被认为只是细胞排出的废弃物，但事实证明，它们含有DNA和RNA片段，细胞之间通过它们进行通信。癌细胞的外泌体可通过在肿瘤细胞到达前准备接受它们的组织，从而帮助肿瘤扩散。检测这些外泌体比过去的方法更早发现癌症。
ExoPatch上的凝胶含有一种名为Annexin V的蛋白质，可吸引并粘附外泌体到微针表面。一旦贴片从皮肤上取下，将其置于酸性溶液中即可溶解凝胶，从而将外泌体释放到溶液中。将试纸浸入溶液中后，如果样本中含有黑色素瘤外泌体，则试纸上会形成两条线；如果为阴性结果，则仅形成一条线——这与家用新冠检测试纸的工作方式相同。
Nagrath表示：“有浅色皮肤并带有痣的人通常每六个月需要前往医生处进行活检以判断痣的良恶性。通过这种检测方法，他们可以在家中自行测试，立即获得结果，并在阳性结果后及时联系皮肤科医生。”
在概念验证研究的第一阶段，研究人员在猪皮肤样本上测试了ExoPatch，因为猪皮肤在厚度和组成上与人类皮肤非常相似。通过显微镜观察，研究人员发现微针穿透了约350至600纳米的皮肤。作为对比，人类前臂的表皮厚度约为18,300纳米。
为了测试ExoPatch是否能够从皮肤组织中捕获黑色素瘤外泌体，研究团队对小鼠皮肤样本进行了测试——其中一半样本来自健康小鼠，另一半来自注射了人类黑色素瘤肿瘤片段的小鼠。在15分钟的应用后，研究人员将ExoPatch置于强大的显微镜下观察。化学工程博士生Scott Smith表示：“当我看到显微镜图像时，我很高兴看到外泌体很好地粘附在微针上，并且它们的尺寸在我们预期的30至150纳米范围内。”
在确认外泌体成功粘附于ExoPatch后，研究人员溶解了凝胶，并将样本通过试纸条进行检测。该测试成功地区分了黑色素瘤和健康组织，在黑色素瘤样本中显示出3.5倍更深的线条。
扫描电子显微镜图像显示，（i）健康小鼠皮肤和（ii-iv）黑色素瘤小鼠皮肤在微针不同部位的外泌体分布情况。由于贴片选择性地捕获癌细胞释放的外泌体，外泌体的数量表明了黑色素瘤的存在。
ExoPatch从黑色素瘤组织样本中分离出的外泌体蛋白是健康组织样本的11.5倍，表明其能够特异性靶向癌性外泌体。
下一步将是进行人体试点研究，并随后进行一系列临床试验，以推动该技术的实际应用。除了黑色素瘤之外，ExoPatch的凝胶涂层还可以被修改，以检测由其他实体肿瘤癌症（包括肺癌、乳腺癌、结肠癌、前列腺癌和脑癌）释放的外泌体。
Nagrath表示：“这是首个设计用于从皮肤下液体中捕获特定疾病外泌体的贴片。其潜在应用非常广泛。”
该研究由美国国立卫生研究院资助（项目编号：1-R01-CA-208335-01-A1）。
该设备是在Lurie纳米制造设施中制造的，部分测试在生物医学研究核心设施和Rogel癌症中心免疫学核心中完成。
该研究团队已通过密歇根大学创新合作伙伴协助申请了专利保护。
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