Screen kunne tilbyde bedre sikkerhedstests for nye kemikalier

Det anslås, at der er omkring 80, 000 industrikemikalier i brug i øjeblikket, i produkter som tøj, rengøringsløsninger, tæpper, og møbler. For langt de fleste af disse kemikalier, forskere har kun få eller ingen oplysninger om deres potentiale til at forårsage kræft.

Påvisning af DNA-skader i celler kan forudsige, om kræft vil udvikle sig, men tests for denne type skader har begrænset følsomhed. Et team af MIT biologiske ingeniører har nu fundet på en ny screeningsmetode, som de mener kunne gøre sådanne test meget hurtigere, lettere, og mere præcis.

Det nationale toksikologiske program, et statsligt forskningsagentur, der identificerer potentielt farlige stoffer, arbejder nu på at vedtage MIT-testen for at evaluere nye forbindelser.

"Mit håb er, at de bruger det til at identificere potentielle kræftfremkaldende stoffer, og vi får dem ud af vores miljø, og forhindrer dem i at blive produceret i store mængder, " siger Bevin Engelward, en professor i biologisk ingeniørvidenskab ved MIT og seniorforfatter til undersøgelsen. "Det kan tage årtier mellem den tid, du bliver udsat for et kræftfremkaldende stof, og det tidspunkt, du får kræft, så vi har virkelig brug for prædiktive tests. Vi skal forebygge kræft i første omgang«.

Engelwards laboratorium arbejder nu på yderligere at validere testen, som gør brug af menneskelige leverlignende celler, der metaboliserer kemikalier meget på samme måde som rigtige menneskelige leverceller og producerer et markant signal, når der opstår DNA-skade.

Le Ngo, en tidligere MIT -kandidatstuderende og postdoc, er hovedforfatter af papiret, som står i dagbladet Nukleinsyreforskning . Andre MIT-forfattere af papiret inkluderer postdoc Norah Owiti, kandidatstuderende Yang Su, tidligere kandidatstuderende Jing Ge, Singapore-MIT Alliance for Research and Technology kandidatstuderende Aoli Xiong, professor i elektroteknik og datalogi Jongyoon Han, og professor emerita i biologisk ingeniørvidenskab Leona Samson.

Carol Swartz, John Winters, og Leslie Recio fra Integrated Laboratory Systems er også forfattere til papiret.

Påvisning af DNA-skader

I øjeblikket, test for kemikaliers kræftfremkaldende potentiale involverer at udsætte mus for kemikaliet og derefter vente på, om de udvikler kræft, som tager cirka to år.

Engelward har brugt meget af sin karriere på at udvikle måder at opdage DNA-skader i celler, som i sidste ende kan føre til kræft. En af disse enheder, kometchippen, afslører DNA -skade ved at placere DNA'et i en række mikrobrønde på en plade af polymergel og derefter udsætte det for et elektrisk felt. DNA -tråde, der er brudt, rejser længere, producerer en kometformet hale.

Mens CometChip er god til at opdage brud i DNA, samt DNA-skader, der let omdannes til pauser, den kan ikke opfange en anden type skade kendt som en omfangsrig læsion. Disse læsioner dannes, når kemikalier klæber til en DNA-streng og forvrænger den dobbelte helixstruktur, forstyrre genekspression og celledeling. Kemikalier, der forårsager denne form for skade, omfatter aflatoksin, som produceres af svampe og kan forurene jordnødder og andre afgrøder, og benzo[a]pyren, som kan dannes, når maden tilberedes ved høje temperaturer.

Engelward og hendes elever besluttede at prøve at tilpasse CometChip, så den kunne opfange denne type DNA -skader. At gøre det, de udnyttede cellernes DNA-reparationsveje til at generere strengbrud. Typisk, når en celle opdager en omfangsrig læsion, den vil forsøge at reparere den ved at skære læsionen ud og derefter erstatte den med et nyt stykke DNA.

"Hvis der er noget glommet på DNA'et, du er nødt til at rive den DNA -strækning ud og derefter erstatte den med frisk DNA. I den rippeproces, du skaber et strandbrud, " siger Engelward.

For at fange de knækkede tråde, forskerne behandlede celler med to forbindelser, der forhindrer dem i at syntetisere nyt DNA. Dette standser reparationsprocessen og genererer ikke-repareret enkeltstrenget DNA, som Comet-testen kan detektere.

Forskerne ville også sikre sig, at deres test, som kaldes HepaCometChip, ville opdage kemikalier, der først bliver farlige efter at være blevet modificeret i leveren gennem en proces kaldet bioaktivering.

"Mange kemikalier er faktisk inerte, indtil de bliver metaboliseret af leveren, "Ngo siger." I leveren har du mange metaboliserende enzymer, som modificerer kemikalierne, så de lettere bliver udskilt af kroppen. Men denne proces producerer nogle gange mellemprodukter, der kan vise sig at være mere giftige end det oprindelige kemikalie."

For at opdage disse kemikalier, forskerne skulle udføre deres test i leverceller. Human liver cells are notoriously difficult to grow outside the body, but the MIT team was able to incorporate a type of liver-like cell called HepaRG, developed by a company in France, into the new test. These cells produce many of the same metabolic enzymes found in normal human liver cells, and like human liver cells, they can generate potentially harmful intermediates that create bulky lesions.

Enhanced sensitivity

To test their new system, the researchers first exposed the liver-like cells to UV light, which is known to produce bulky lesions. After verifying that they could detect such lesions, they tested the system with nine chemicals, seven of which are known to lead to single-stranded DNA breaks or bulky lesions, and found that the test could accurately detect all of them.

"Our new method enhances the sensitivity, because it should be able to detect any damage a normal Comet test would detect, and also adds on the layer of the bulky lesions, " Ngo says.

The whole process takes between two days and a week, offering a significantly faster turnaround than studies in mice.

The researchers are now working on further validating the test by comparing its performance with historical data from mouse carcinogenicity studies, with funding from the National Institutes of Health.

They are also working with Integrated Laboratory Systems, a company that performs toxicology testing, to potentially commercialize the technology. Engelward says the HepaCometChip could be useful not only for manufacturers of new chemical products, but also for drug companies, which are required to test new drugs for cancer-causing potential. The new test could offer a much easier and faster way to perform those screens.

"Once it's validated, we hope it will become a recommended test by the FDA, " hun siger.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.