Cancer UrologyCancer UrologyОнкоурология1726-97761996-1812Publishing House ABV Press144610.17650/1726-9776-2021-17-4-65-75DIAGNOSIS AND TREATMENT OF URINARY SYSTEM TUMORS. PROSTATE CANCERДИАГНОСТИКА И ЛЕЧЕНИЕ ОПУХОЛЕЙ МОЧЕПОЛОВОЙ СИСТЕМЫ. Рак предстательной железыAnalysis of miRNAs in the PSMA-positive fraction of plasma nano-sized extracellular vesicles in patients with prostate cancerАнализ микроРНК в ПСМА-положительной фракции внеклеточных нановезикул плазмы при раке предстательной железыhttps://orcid.org/0000-0003-0827-1641ZabeginaL. M.ЗабегинаЛ. М.
Russian Federation

68 Leningradskaya St., Pesochnyy, Saint-Petersburg 197758; 29 Politekhnicheskaya St., Saint-Petersburg 195251.

Забегина Лидия Михайловна - младший научный сотрудник.

197758 Санкт-Петербург, пос. Песочный, ул. Ленинградская, 68; 195251 Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29.

lidusikza@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7464-4237NikiforovaN. S.НикифороваН. С.
Russian Federation

68 Leningradskaya St., Pesochnyy, Saint-Petersburg 197758.

Никифорова Надежда Станиславовна - научный сотрудник.

197758 Санкт-Петербург, пос. Песочный, ул. Ленинградская, 68.

niki2naden_ka@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6812-3088NazarovaI. V.НазароваИ. В.
Russian Federation

68 Leningradskaya St., Pesochnyy, Saint-Petersburg 197758/

Назарова Инга Валерьевна - научный сотрудник.

197758 Санкт-Петербург, пос. Песочный, ул. Ленинградская, 68.

oblaka12@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5064-2234KnyazevaM. S.КнязеваМ. С.
Russian Federation

68 Leningradskaya St., Pesochnyy, Saint-Petersburg 197758; 29 Politekhnicheskaya St., Saint-Petersburg 195251.

Князева Маргарита Сергеевна - младший научный сотрудник.

197758 Санкт-Петербург, пос. Песочный, ул. Ленинградская, 68; 195251 Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29.

margo9793@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-0882-6697TsyrlinaE. V.ЦырлинаЕ. В.
Russian Federation

68 Leningradskaya St., Pesochnyy, Saint-Petersburg 197758.

Цырлина Евгения Владимировна - ведущий научный сотрудник, врач-эндокринолог, кандидат медицинских наук.

197758 Санкт-Петербург, пос. Песочный, ул. Ленинградская, 68.

evg.tsyrlina@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-5183-5153RevaS. A.РеваС. А.
Russian Federation

6-8 L’va Tolstogo St., Saint-Petersburg 197022.

Рева Сергей Александрович - заведующий отделением онкоурологии, кандидат медицинских наук.

197022 Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого, 6—8.

sgreva79@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3850-7109NosovA. K.НосовА. К.
Russian Federation

68 Leningradskaya St., Pesochnyy, Saint-Petersburg 197758.

Носов Александр Константинович - заведующий хирургическим отделением онкоурологии и общей онкологии, врач-онколог, старший научный сотрудник, доцент, кандидат медицинских наук.

197758 Санкт-Петербург, пос. Песочный, ул. Ленинградская, 68.

nakuro@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5334-7292MalekA. M.МалекА. М.
Russian Federation

68 Leningradskaya St., Pesochnyy, Saint-Petersburg 197758; Nobelya St., territory of Skolkovo Innovation Center, Moscow 121205.

Малек Анастасия Валерьевна - заведующая научной лабораторией субклеточных технологий с группой онко-эндокринологии, врач-онколог, кандидат медицинских наук.

197758 Санкт-Петербург, пос. Песочный, ул. Ленинградская, 68; 121205 Москва, территория инновационного центра «Сколково», ул. Нобеля, 7.

anastasia@malek.comN.N. Petrov National Medical Research Center of Oncology, Ministry of Health of RussiaНациональный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Петрова Минздрава РоссииPeter the Great Saint-Petersburg Polytechnic UniversityСанкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоI.P. Pavlov First Saint-Petersburg State Medical UniversityПервый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова Минздрава РоссииOnko-sistemaООО «Онко-система»10122021174657513052021031120212021https://oncourology.abvpress.ru/oncur/article/view/1446

Background. MicroRNAs (miRNAs) circulating in plasma are promising markers for the diagnosis of malignant tumors, including prostate cancer. However, the existing techniques used for their detection fail to ensure sufficient diagnostic accuracy. One of the possible ways to improve it is to isolate membrane nano-sized extracellular vesicles (nsEVs) secreted by prostate cells. Presumably, the analysis of miRNAs originating from this prostate-specific fraction of nsEVs more accurately reflects the process of prostate cancer development and has a greater diagnostic potential.  Objective: to develop the method of miRNA isolation from the prostate-specific fraction of plasma nsEVs and to evaluate its performance characteristics.

Materials and methods. Prostate-specific membrane antigen (PSMA) was used as a prostate-specific marker of nsEVs. The total population of plasma nsEVs was isolated using a two-phase polymer system. To isolate PSMA-positive (PSMA(+)) nsEVs, we used superparamagnetic particles with PSMA-binding DNA aptamer immobilized on their surface. The efficacy of PSMA(+) nsEV isolation was assessed using flow cytometry and dot-blotting. RNA from nsEVs was isolated using proteolysis; miRNA analysis was performed using reverse transcription polymerase chain reaction. Plasma samples collected from patients with prostate cancer (n = 33) and healthy donors (controls) (n = 30) were used to evaluate the diagnostic parameters of the method.

Results. We developed the method of PSMA(+) nsEV isolation from plasma and estimated its performance characteristics. We found that measurement of potential miRNA markers in PSMA(+) nsEVs was more effective than its measurement in the entire nsEV population and could distinguish between patients with prostate cancer and controls.

Conclusion. The new technique of PSMA(+) nsEV isolation can be used for the development of novel diagnostic methods for the diagnosis of prostate cancer.

Введение. Циркулирующие в плазме микроРНК - перспективные маркеры для диагностики онкологических заболеваний, включая рак предстательной железы. Однако существующие технологии анализа циркулирующих микроРНК не обеспечивают необходимой диагностической значимости. Одним из возможных путей ее повышения является выделение мембранных внеклеточных нановезикул (ВНВ), секретируемых клетками предстательной железы. Можно предполагать, что анализ микроРНК в такой простатспецифической фракции ВНВ точнее отражает процесс развития рака предстательной железы и имеет больший диагностический потенциал.

Цель исследования - разработка метода выделения микроРНК из простатспецифической фракции ВНВ плазмы и оценка его диагностического потенциала.

Материалы и методы. В качестве простатспецифического маркера ВНВ был использован простатический специфический мембранный антиген (ПСМА). Общая популяция ВНВ плазмы была выделена с помощью двухфазной полимерной системы. Для выделения ПСМА-положительных (ПСМА(+)) ВНВ использовались суперпарамагнитные частицы, поверхность которых была функционализирована ДНК-аптамером, связывающим ПСМА. Анализ эффективности выделения ПСМА(+) ВНВ проведен методами проточной цитометрии и дот-блоттинга. РНК из ВНВ была выделена методом протеолиза, анализ микроРНК выполнен с помощью полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией. Для оценки диагностической значимости метода были использованы образцы плазмы пациентов с раком предстательной железы (n = 33) и здоровых доноров (группа контроля) (n = 30).

Результаты. Разработана технология выделения ПСМА(+) ВНВ плазмы и оценена ее эффективность. Показано, что анализ потенциально маркерных микроРНК в ПСМА(+) ВНВ более эффективен, чем в общей популяции ВНВ, и позволяет детектировать статистически значимую разницу концентрации при сравнении групп рака предстательной железы и контроля. Заключение. Разработанная технология выделения ПСМА(+) ВНВ может быть использована при создании новых методов диагностики рака предстательной железы.

prostate cancerdiagnosisscreeningnano-sized extracellular vesiclesmicroRNAsрак предстательной железыдиагностикаскринингвнеклеточные нановезикулымикроРНКThis study was funded within the state program “Development of a test system for minimally invasive early diagnosis of prostate cancer and monitoring of treatment efficacy” (AAAAA-A18-118032890186-5).Исследование было проведено в рамках государственного задания «Разработка тест-системы для малоинвазивной ранней диагностики и мониторинга эффективности лечения рака предстательной железы» (АААА-А18-118032890186-5).Liu T., Mendes D.E., Berkman C.E. Functional prostate-specific membrane antigen is enriched in exosomes from prostate cancer cells. Int J Oncol 2014;44(3):918-22. DOI: 10.3892/ijo.2014.2256.Potter S.R., Partin A.W. Tumor markers: an update on human kallikrein 2. Rev Urol 2000;2(4):221-2.Duffy M.J. Biomarkers for prostate cancer: prostate-specific antigen and beyond. Clin Chem Lab Med 2020;58(3):326-39. DOI: 10.1515/cclm-2019-0693.Basch E., Oliver T.K., Vickers A. et al. Screening for prostate cancer with prostate-specific antigen testing: American Society of Clinical Oncology Provisional Clinical Opinion. J Clin Oncol 2012;30(24):3020-5. DOI: 10.1200/JCO.2012.43.3441.Merabishvili M.V. Survival of cancer patients. Issue 2. Part 1. Ed.: Yu.A. Shcherbuk. Saint-Petersburg: Costa, 2011. 329 p. (In Russ.).Мерабишвили М.В. Выживаемость онкологических больных. Выпуск 2. Часть 1. Под ред. Ю.А. Щербука. СПб.: Коста, 2011. 329 с.Merabishvili M.V. Survival of cancer patients. Issue 2. Part 2. Ed.: Yu.A. Shcherbuk. Saint-Petersburg: Costa, 2011. 406 p. (In Russ.).Мерабишвили М.В. Выживаемость онкологических больных. Выпуск 2. Часть 2. Под ред. Ю.А. Щербука. СПб.: Коста, 2011. 406 с.Luu H.N., Lin H.Y., S0rensen K.D. et al. miRNAs associated with prostate cancer risk and progression. BMC Urol 2017;17(18). DOI: 10.1186/s12894-017-0206-6.Al-Kafaji G., Said H.M., Alam M.A., Al Naieb Z.T. Blood-based microRNAs as diagnostic biomarkers to discriminate localized prostate cancer from benign prostatic hyperplasia and allow cancer-risk stratification. Oncol Lett 2018;16(1):1357— 65. DOI: 10.3892/ol.2018.8778.Bryzgunova O.E., Zaporozhchenko I.A., Lekchnov E.A. et al. Data analysis algorithm for the development of extracellular miRNA-based diagnostic systems for prostate cancer. PLoS One 2019;14(4):e0215003. DOI: 10.1371/journal.pone.0215003.Konoshenko M.Y., Lekchnov E.A., Bryzgunova O.E. et al. The Panel of 12 cell-free microRNAs as potential biomarkers in prostate neoplasms. Diagnostics 2020;10(1):38. DOI: 10.3390/diagnostics10010038.Abramovic I., Ulamec M., Katusic Bojanac A. et al. miRNA in prostate cancer: challenges toward translation. Epigenomics 2020;12(6):543-58. DOI: 10.2217/epi-2019-0275.Sohel M.H. Extracellular/circulating microRNAs: release mechanisms, functions and challenges. Ach Life Sci 2016;10(2):175-86. DOI: 10.1016/j.als.2016.11.007.Tutrone R., Donovan M.J., Torkler P. et al. Clinical utility of the exosome based ExoDx Prostate (IntelliScore) EPI test in men presenting for initial Biopsy with a PSA 2-10 ng/mL. Prostate Cancer Prostatic Dis 2020;23(4):607-14. DOI: 10.1038/s41391-020-0237-z.Ruiz-Plazas X., Altuna-Coy A., Alves-Santiago M. et al. Liquid biopsybased exo-oncomiRNAs can predict prostate cancer aggressiveness. Cancers 2021;13(2):250. DOI: 10.3390/cancers13020250.Valentino A., Reclusa P., Sirera R. et al. Exosomal microRNAs in liquid biopsies: future biomarkers for prostate cancer. Clin Transl Oncol 2017;19(6):651-7. DOI: 10.1007/s12094-016-1599-5.Li W., Dong Y., Wang K.J. et al. Plasma exosomal miR-125a-5p and miR-141-5p as non-invasive biomarkers for prostate cancer. Neoplasma 2021;67(06):1314-8. DOI: 10.4149/neo_2020_191130N1234.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;13(3):458. DOI: 10.3390/polym13030458.Bouchelouche K., Tagawa S.T., Goldsmith S.J. et al. PET/CT imaging and radioimmunotherapy of prostate cancer. Sem Nucl Med 2011;41(1):29-44. DOI: 10.1053/j.semnuclmed.2010.08.005.Kim D., Jeong Y.Y., Jon S. A drug-loaded aptamer - gold nanoparticle bioconjugate for combined CT imaging and therapy of prostate cancer. ACS Nano 2010;4(7):3689-96. DOI: 10.1021/nn901877h.Mizutani K., Terazawa R., Kameyama K. et al. Isolation of prostate cancer-related exosomes. Anticancer Res 2014;34(7):3419-23.Brett S.I., Lucien F., Guo C. et al. Immunoaffinity based methods are superior to kits for purification of prostate derived extracellular vesicles from plasma samples. Prostate 2017;77(13):1335-43. DOI: 10.1002/pros.23393.Brett S.I., Lucien F., Guo C. et al. Immunoaffinity based methods are superior to kits for purification of prostate derived extracellular vesicles from plasma samples. Prostate 2017;77(13):1335-43. DOI: 10.1002/pros.23393.Walpole S.C., Prieto-Merino D., Edwards P. et al. The weight of nations: an estimation of adult human biomass. BMC Public Health 2012;12(1):439. DOI: 10.1186/1471-2458-12-439.Leissner K.H., Tisell L.E. The weight of the human prostate. Scand J Urol Nephrol 1979;13(2):137-42. DOI: 10.3109/00365597909181168.Song J., Bai Z., Han W. et al. Identification of suitable reference genes for qPCR analysis of serum microRNA in gastric cancer patients. Dig Dis Sci 2012;57(4):897-904. DOI: 10.1007/s10620-011-1981-7.The Human Protein Athlas. Available at: https://www.proteinatlas.org.Mestdagh P., Hartmann N., Baeriswyl L. et al. Evaluation of quantitative miRNA expression platforms in the microRNA quality control (miRQC) study. Nat Methods 2014;11(8):809-15. DOI: 10.1038/nmeth.3014.