Sequential and scalable hydrogel film for miRNA super-resolution imaging

Abstract

Tissue biopsy is not usually performed in early diagnosis and monitoring because of its invasiveness, as well other concerns such as cost, time, and the potential difficulty in sampling due to tissue heterogeneity. To overcome these issues, a non-invasive approach known as liquid biopsy (containing blood) has been proposed for early diagnosis in various diseases by specific miRNA expression. However, the process of isolating and purifying various small molecules such as miRNA and amplifying them based on genetic information has limitations in that it takes a considerable amount of time and can lead to non-specific results. Here, we provide a novel super-resolution imaging tool for cells obtained from liquid biopsy using a thin hydrogel-based Liquid View (LV) film with up to 11.8-fold expansion. We briefly discusses the characteristics of specific miRNA as tools for early diagnosis and prognosis of various disorders. Also, we applied LV to various diseases including Alzheimer's disease, myelopathy, and diabetic nephropathy, showing that more miRNAs can be analyzed with high sensitivity in a short time compared to other techniques. Our results suggest that high specificity, multiplexing, and sensitivity measurements for small amounts of miRNAs present in cells can be implemented in three-dimensions via Liquid View. We also speculate that liquid biopsy with LV film may be a comprehensive approach to overcome the current limitations associated with invasiveness, cost, and time-consuming molecular analysis. 최근 조기 진단 및 모니터링의 조직 생검은 침습성, 비용, 시간 및 조직 이질성으로 인한 잠재적 샘플링의 역경으로 인해 다른 문제에 직면해 있다. 이러한 문제를 극복하기 위해 혈액을 포함하는 액체 생검(liquid biopsy)으로 알려진 비침습적 접근 방식을 적용하여 특정 miRNA 발현을 통해 다양한 질병을 조기에 진단하는 연구가 진행되고 있다. 그러나 miRNA와 같은 다양한 저분자를 분리 정제하고 유전정보를 바탕으로 증폭하는 과정은 상당한 시간이 소요되고 비특이적인 결과를 초래할 수 있다는 한계가 있다. 본 연구에서는 최대 11.8배까지 확장되는 얇은 하이드로겔 기반의 Liquid View(LV) 필름을 사용하여 액체 생검에서 얻은 세포의 새로운 초해상도 이미징 도구를 제공하고 신경학적 장애의 조기 진단 및 예후를 위한 도구로서 특정 miRNA의 특성에 대해 간략하게 논의한다. 또한 알츠하이머병, 척수병증, 당뇨병성 신증 등 다양한 질병에 LV 필름을 적용하여 다른 기술보다 짧은 시간에 더 많은 miRNA를 고감도로 분석할 수 있다. 우리의 결과는 세포에 존재하는 소량의 miRNA에 대한 높은 특이성, 다중화 및 민감도 측정이 LV 필름을 통해 3차원으로 구현될 수 있음을 시사한다. 또한, 우리는 액체 생검을 통한 LV 필름 기술이 침습적, 비용 및 시간 소모적인 분자 분석과 관련된 현재의 한계를 극복하기 위한 포괄적인 접근법이 될 수 있다고 가정한다.