There is an unmet clinical need for improved tissue and liquid biopsy tools for cancer detection. We investigated the proteomic profile of extracellular vesicles and particles (EVPs) in 426 human samples from tissue explants (TEs), plasma, and other bodily fluids. Among traditional exosome markers, CD9, HSPA8, ALIX, and HSP90AB1 represent pan-EVP markers, while ACTB, MSN, and RAP1B are novel pan-EVP markers. To confirm that EVPs are ideal diagnostic tools, we analyzed proteomes of TE- (n = 151) and plasma-derived (n = 120) EVPs. Comparison of TE EVPs identified proteins (e.g., VCAN, TNC, and THBS2) that distinguish tumors from normal tissues with 90% sensitivity/94% specificity. Machine-learning classification of plasma-derived EVP cargo, including immunoglobulins, revealed 95% sensitivity/90% specificity in detecting cancer. Finally, we defined a panel of tumor-type-specific EVP proteins in TEs and plasma, which can classify tumors of unknown primary origin. Thus, EVP proteins can serve as reliable biomarkers for cancer detection and determining cancer type.

Spaceflight induces molecular, cellular and physiological shifts in astronauts and poses myriad biomedical challenges to the human body, which are becoming increasingly relevant as more humans venture into space

Abstract As spaceflight becomes more common with commercial crews, blood-based measures of crew health can guide both astronaut biomedicine and countermeasures. By profiling plasma proteins, metabolites, and extracellular vesicles/particles (EVPs) from the SpaceX Inspiration4 crew, we generated “spaceflight secretome profiles,” which showed significant differences in coagulation, oxidative stress, and brain-enriched proteins. While >93% of differentially abundant proteins (DAPs) in vesicles and metabolites recovered within six months, the majority (73%) of plasma DAPs were still perturbed post-flight. Moreover, these proteomic alterations correlated better with peripheral blood mononuclear cells than whole blood, suggesting that immune cells contribute more DAPs than erythrocytes. Finally, to discern possible mechanisms leading to brain-enriched protein detection and blood-brain barrier (BBB) disruption, we examined protein changes in dissected brains of spaceflight mice, which showed increases in PECAM-1, a marker of BBB integrity. These data highlight how even short-duration spaceflight can disrupt human and murine physiology and identify spaceflight biomarkers that can guide countermeasure development.

Intratumoural heterogeneity contributes to local tumour recurrence and variable responses to radiotherapy in prostate cancer. Despite the multiclonal nature of the disease, tumour control probability for conventional treatment plans is modelled on the assumption that tumour cells in the target region respond identically and independently. Here, using tumour cell subpopulations with different radiation sensitivities from prostate tumour cell lines, we show that radiation resistant cells enhance the survival and radiation resistance of radio-sensitive cells in spheroids but not in monolayer culture. Mathematical modelling indicates that these phenotypic changes result from both competitive and antagonistic cellular interactions in spheroids. Interactions mediated by oxygen constraints define the spatial localisation of the cell populations in spheroids and in xenografts, while those mediated by paracrine signals further modify the microenvironment. Our results show new mechanisms of radiotherapy resistance mediated by cellular interactions and by the microenvironment.

Abstract The health impact of prolonged space flight on the human body is not well understood. Liquid biopsies based on cell-free DNA (cfDNA) or exosome analysis provide a noninvasive approach to monitor the dynamics of genomic, epigenomic and proteomic biomarkers, and the occurrence of DNA damage, physiological stress, and immune responses. To study the molecular consequences of spaceflight we profiled cfDNA isolated from plasma of an astronaut (TW) during a year-long mission on the International Space Station (ISS), sampling before, during, and after spaceflight, and compared the results to cfDNA profiling of the subject’s identical twin (HR) who remained on Earth, as well as healthy donors. We characterized cfDNA concentration and fragment size, and the positioning of nucleosomes on cfDNA, observing a significant increase in the proportion of cell-free mitochondrial DNA inflight, suggesting that cf-mtDNA is a potential biomarker for space flight-associated stress, and that this result was robust to ambient transit from the International Space Station (ISS). Analysis of exosomes isolated from post-flight plasma revealed a 30-fold increase in circulating exosomes and distinct exosomal protein cargo, including brain-derived peptides, in TW compared to HR and all known controls. This study provides the first longitudinal analysis of astronaut cfDNA during spaceflight, as well as the first exosome profiles, and highlights cf-mtDNA levels as a potential biomarker for physiological stress or immune system responses related to microgravity, radiation exposure, and other unique environmental conditions on the ISS.