Βασικές Βιοϊατρικές Επιστήμες

Η πλειοψηφία των βιοδεικτών που χρησιμοποιούνται στις μέρες μας, βοηθούν στην παρακολούθηση και τη λήψη αποφάσεων όσον αφορά τον καρκίνο, βασιζόμενοι στην ανάλυση από την πρωτοπαθή εστία ή μετάσταση. Ωστόσο, ο καρκίνος εξελίσσεται συνεχώς σε μοριακό επίπεδο καθιστώντας ιδιαίτερα προκλητική την παρακολούθηση της εξέλιξής του. Λύση στο πρόβλημα της ετερογένειας μιας νεοπλασίας, φαίνεται πως δίνει η μέθοδος της υγρής βιοψίας. Πέρα από την απομόνωση των κυκλοφορούντων καρκινικών κυττάρων, η ανίχνευση ctDNA και εξωσωμάτων, έρχονται στο προσκήνιο δυναμικά. Κατά τη διάρκεια της επόμενης δεκαετίας, η χρήση των παραπάνω βιοδεικτών θα οδηγήσει στην εφαρμογή της αναφερόμενης ως Ιατρικής Ακριβείας σε πραγματικό χρόνο (real-time precision medicine) (William L Hwang, 2016).

Η εφαρμογή της υγρής βιοψίας και συγκεκριμένα η ανάλυση των εξωσωμάτων, βασίζεται στην ανάλυση υποκυτταρικών κυστιδίων και στα συστατικά που περιέχουν. Σε σύγκριση με άλλα κυστίδια, όπως τα αποπτωτικά σωματίδια και τα μικροκυστίδια, τα εξωσώματα είναι περισσότερο ομογενή ως προς το μέγεθος και την εμφάνιση, γεγονός που τα κάνει εύκολα ανιχνεύσιμα στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Ένα ακόμη πλεονέκτημα των εξωσωμάτων σε σύγκριση με άλλα σωμάτια είναι πως βρίσκονται σε σχεδόν κάθε βιολογικό υγρό και είναι επίσης σταθερά στην κυκλοφορία. Έτσι, μπορούν με τις κατάλληλες μεθόδους να απομονωθούν και να χρησιμοποιηθούν ως διαγνωστικό εργαλείο. Σε αυτό παίρνει μέρος και η έκφραση των δεικτών που περιέχουν στην επιφάνειά τους, οι οποίοι τα κάνουν να ξεχωρίσουν από άλλα σωμάτια. Τέλος, σημαντικό είναι το περιεχόμενο των νουκλεϊκών οξέων, τα οποία δείχνουν την κατάσταση των μεταλλαγών στο πρωτότυπο κύτταρο. Τα εξωσώματα αναφέρονται ως εξαιρετικά σημαντικός βιοδείκτης, λόγω του περιεχομένου του και ειδικότερα του mRNA το οποίο προάγει την αγγειογένεση και τη μετάσταση. Απομονώνοντας εξωσώματα από διάφορα βιολογικά υγρά παρέχεται η δυνατότητα ανάλυσης των συγκεκριμένων σωματιδίων και έτσι η ανίχνευση μεταλλάξεων, παραλλαγών ματίσματος και συγχωνεύσεων γονιδίων, όπως επίσης ο χαρακτηρισμός της έκφρασης των γονιδίων. Σε σύγκριση με τα θραύσματα του ctDNA, από τα οποία μόνο δύο αντίγραφα είναι ουσιαστικά παρόντα στο καρκινικό κύτταρο προέλευσης, το mRNA το οποίο προέρχεται από γονίδιο το οποίο υπερεκφράζεται, μπορεί να έχει χιλιάδες αντίγραφα ανά κύτταρο και να περιέχεται στην κυκλοφορία σε υψηλές συγκεντρώσεις. Έτσι η ανάλυση του mRNA αποτελεί πλεονέκτημα, ειδικότερα σε ασθενείς με ελάχιστες ποσότητες ανιχνεύσιμου ctDNA (Giulia Siravegna, 2017).

Σημαντικό πλεονέκτημα της ανάλυσης των εξωσωμάτων έναντι των CTCs και του ctDNA είναι πως μέσα σε αυτά τα μικρά κυστίδια βρίσκονται  όλες οι απαραίτητες πληροφορίες που χρειάζονται για μία μελέτη. Επιπρόσθετα, σύμφωνα με σύγχρονες μελέτες, στο εσωτερικό των εξωσωμάτων ανιχνεύονται μεγάλες συγκεντρώσεις ctDNA. Ωστόσο, υπάρχουν πάντα προκλήσεις όσον αφορά τη μεταφορά των in vitro αποτελεσμάτων σε in vivo. Οι περισσότερες μελέτες που γίνονται χρησιμοποιούν κυτταρικές καλλιέργειες και τα εξωσώματα λαμβάνονται από την επεξεργασία αυτών. Ο πληθυσμός αυτός όμως είναι ομογενής σε σχέση με τον ετερογενή πληθυσμό εξωσωμάτων, τα οποία παράγονται από διαφορετικά είδη κυττάρων στο εσωτερικό του οργανισμού, οδηγώντας σε δυσκολία ερμηνείας των αποτελεσμάτων (Jadwiga Jablonska, 2019). Μελέτες οι οποίες αναλύουν τον ορό ασθενών είναι εξαιρετικά σπάνιες. Αυτό προκύπτει καθώς δεν υπάρχουν δείκτες, οι οποίοι να επιτρέπουν την ασφαλή ταυτοποίηση των εξωσωμάτων τα οποία προέρχονται από τον όγκο, με εξαίρεση το μελάνωμα. Παρόλα αυτά, συνεχίζουν να κινούν το ενδιαφέρον και να αποτελούν ιδανικούς βιοδείκτες για τη διάγνωση, και όχι μόνο, του καρκίνου. Επιπρόσθετα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πιθανά εμβόλια κατά του καρκίνου ή συστήματα μεταφοράς φαρμάκων στη θεραπεία κατά του καρκίνου. Στοχοποιώντας τα εξωσώματα που προέρχονται από τον όγκο ή αναστέλλωντας την απελευθέρωσή τους ίσως να παρέχει μία σημαντική θεραπευτική προσέγγιση (Jadwiga Jablonska, 2019).

Πολλά από τα καινούργια υποψήφια φάρμακα, όπως οι πρωτεΐνες και τα νουκλεϊκά οξέα, είναι αρκετά ασταθή στο εσωτερικό του οργανισμού, συνεπώς δημιουργείται πρόκληση για μία επιτυχημένη θεραπεία. Ωστόσο τα εξωσώματα μιμούνται τα φυσιολογικά συστήματα μεταφοράς ουσιών, επιτρέποντας έτσι τη μεταφορά αυτών των βιολογικών μορίων. Εξαιτίας του μικρού τους μεγέθους και της σύστασης τους μπορούν να αποφύγουν τη φαγοκύτωση ή την αποδιοργάνωση τους από τα μακροφάγα και επίσης να κυκλοφορούν στον οργανισμό για μεγάλη χρονική περίοδο. Αντίθετα από άλλα συστήματα νανοκυστιδίων, όπως τα λιποσώματα, είναι ικανά να αποφύγουν τα λυσοσώματα και να μεταφέρουν ουσίες απευθείας στο κυτταρόπλασμα.

Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα των εξωσωμάτων είναι η ικανότητά τους να διαπερνούν τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό (Blood Brain Barrier). Ο εντοπισμός και η ανίχνευση τους in vivo αποτελεί ανάγκη για την κατανόησή τους, σχετικά με τον αντίκτυπο που έχουν στα όργανα στόχους (Dinh Ha, 2016). Μέχρι στιγμής δεν υπάρχει τεχνική απομόνωσης των εξωσωμάτων με υψηλή ευκρίνεια. Οι μέθοδοι απομόνωσης προσφέρουν χαμηλές ποσότητες εξωσωμάτων και η μεγάλη κλίμακα παραγωγής τους για κλινικές δοκιμασίες και έγκριση φαρμάκων είναι ακριβή. Είναι αρκετά πιθανό στο μέλλον η κλινική χρήση των εξωσωμάτων να απαιτεί την δημιουργία υβριδικού τύπου κυστιδίων, με πιθανότατα ανεπιθύμητα αποτελέσματα. Για να σχεδιαστούν τέτοιου είδους συστήματα θα πρέπει να έχουν μελετηθεί λεπτομερώς η κλινική αποτελεσματικότητα, καθώς και οι παράμετροι ασφαλείας. Για να γίνουν επίσης λειτουργικά τα εξωσώματα πρέπει να μελετηθούν συνδυαστικές ουσίες και μέθοδοι για την ενεργή στόχευση μορίων. Ακόμη και εάν η βιολογία των εξωσωμάτων είναι γνωστή, περιλαμβάνουν ετερογενή συστατικά, τα οποία μπορούν να εμφανίσουν ανοσογονικά (ανοσοδιέγερση ή ανοσοκαταστολή) αποτελέσματα βασιζόμενα στη φύση του κυττάρου δότη.

Ο ρόλος των εξωσωμάτων στην εξέλιξη του όγκου αποτελεί τεράστια πρόκληση. Μία από τις πολλές προσεγγίσεις είναι ο σχεδιασμός μιμητών των εξωσωμάτων με την ικανότητα να ξεπερνούν οποιοδήποτε μειονέκτημα, όπως τις ανεπιθύμητες αντιδράσεις του ανοσοποιητικού (Dinh Ha, 2016).