Nyt chip-baseret genekspressionsværktøj analyserer RNA hurtigt og præcist

Et samarbejde mellem University of Illinois og Mayo har demonstreret en ny genekspressionsanalyseteknik, der nøjagtigt kan måle niveauer af RNA hurtigt og direkte fra en kræftvævsprøve, samtidig med at den rumlige information på tværs af vævet bevares - noget, som konventionelle metoder ikke kan. Holdets genekspressionsteknik er beskrevet i et papir offentliggjort i online-udgaven af Naturkommunikation .

Ifølge Illinois Bioengineering Professor Rashid Bashir, eksisterende genekspressionsmetoder har begrænsninger. "De er besværlige og langsomme, det tager timer eller endda mange dage at lave analysen på tværs af kun én vævsprøve, " sagde Bashir, medleder af forskergruppen, der er en Grainger Distinguished Professor of Bioengineering og Carle Illinois College of Medicine administrerende associeret dekan. "Vores teknik udfører hele analysen på tværs af vævsskiven på to timer eller mindre."

Eksisterende metoder kan måle proteiner, som er produceret efter genetisk information eller instruktioner er strømmet fra DNA og RNA. Disse proteinmålingsmetoder er komplicerede og kræver antistoffer, der ikke eksisterer for visse proteiner.

"Vores metode kan detektere messenger RNA-ekspression, som kan give yderligere indsigt end blot den endelige proteinkoncentration, " sagde Bashir.

Det pixelerede rumlige genekspressionsværktøj kan analysere en hel vævsprøve og identificere kræftceller i en proces, der tager mindre end to timer.

Det pixelerede rumlige genekspressionsværktøj kan analysere en hel vævsprøve og identificere kræftceller i en proces, der tager mindre end to timer.

Forskerhold medleder Dr. Farhad Kosari, en assisterende professor i biokemi og molekylærbiologi ved Mayo Clinic, forestiller sig, at deres nye teknik en dag kan blive brugt i forskningslaboratorier såvel som i klinikken. "Hvis du studerede tumormikromiljøer, du gerne vil vide, hvilke gener der udtrykkes på et bestemt sted i tumoren, " sagde Kosari. "Denne evne til at se på lokaliseret ekspression af gener er i øjeblikket udført med fluorescens in situ hybridisering (FISH), men vores teknik er meget hurtigere og mere kvantitativ."

Ud over, messenger RNA (mRNA) vil fremkalde mere nøjagtig genetisk information. "Når man analyserer dyremodeller og xenotransplantater, der kan være krydsreaktivitet af målantistoffet med værtsantigenet, hvilket fører til falske positive signaler og fejl i analyse, " sagde Illinois Bioengineering doktorand Anurup Ganguli, undersøgelsens første forfatter.

Holdet skabte en siliciumchip i fingerneglestørrelse, der indeholder et array på mere end 5, 000 pyramideformede brønde med knivskarpe kanter. Når en kræftvævsprøve på centimeters størrelse placeres på chippen, skæres den automatisk op i hundreder eller tusinder af små stykker, der analyseres parallelt ved hjælp af en eksisterende teknologi kendt som loop-medieret isotermisk amplifikation (LAMP).

Ifølge Ganguli, når vævet er skåret og placeret i de underliggende brønde på mikrochippen, tusinder af uafhængige picolitervolumen LAMP-reaktioner udføres i hver brønd direkte fra vævet uden behov for nogen analytoprensning.

"Laser capture microdissection (LCM) efterfulgt af nedstrøms oprensning og amplifikation er tidligere blevet brugt til at se på specifikke områder af farvede vævsprøver og analysere heterogeniteten i prøven, " sagde Kosari. "Vores teknik ligner at udføre mere end 5, 000 LCM-trin med downstream-forstærkningen i et enkelt trin på en mikrochip."

Ganguli demonstrerede den nye teknik ved hjælp af frosne humane prostatavæv xenotransplantater dyrket i mus. På mindre end to timer, han var i stand til at amplificere og analysere mRNA af TOP2A, et nukleart enzym og kendt markør for prostatacancers aggressivitet.

"Vores tilgang pixelerer hele vævsprøven og kan identificere de meget få celler, der kan være kræftfremkaldende, " sagde Bashir. "Der findes ikke nogen teknik, der tager råvæv til nukleinsyreamplifikation, mens den rumlige information bevares."

Den nye teknik kan også være nyttig en dag til at hjælpe læger og patologer med at bestemme tumormarginer, som kunne forbedre resultatet af kræftoperationer.

Holdet fortsætter med at arbejde på genekspressionsteknikken og sigter på at bruge den til at kortlægge genetiske mutationer for lunge- og brystkræft, ud over prostatakræft. De arbejder også på at reducere størrelsen af ​​brøndene på chippen til under de nuværende 100 x 100 mikron. Denne modifikation vil resultere i at være i stand til at undersøge individuelle celler ved højere opløsning.