Enkeltmolekyle påvisning af kræftmarkører bringer flydende biopsi tættere på klinikken

En hurtig, billig, men følsom teknik til at opdage kræftmarkører bringer forskere tættere på en "væskebiopsi" - en test, der bruger en lille prøve af blod eller serum til at opdage kræft, snarere end den invasive vævsprøvetagning, der rutinemæssigt anvendes til diagnosticering.

Forskere ved University of Illinois udviklede en metode til at fange og tælle kræft-associerede mikroRNA'er, eller små bidder af budbringermolekyler, der udskilles fra celler og kan påvises i blod eller serum, med enkeltmolekyle opløsning. Holdet offentliggjorde sine resultater i Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Kræftceller indeholder genmutationer, der gør dem i stand til at formere sig ude af kontrol og undgå immunsystemet, og nogle af disse mutationer dukker op i mikroRNA'er, " sagde studieleder Brian Cunningham, en Illinois-professor i elektro- og computerteknik. Cunningham leder også Holonyak Micro and Nanotechnology Lab i Illinois.

"Der er specifikke mikroRNA-molekyler, hvis tilstedeværelse og koncentration vides at være relateret til tilstedeværelsen og aggressiviteten af ​​specifikke typer kræft, så de er kendt som biomarkører, der kan være målmolekylet for en diagnostisk test, " han sagde.

Cunninghams gruppe udviklede en teknik kaldet Photonic Resonator Absorption Microscopy til at fange og tælle mikroRNA-biomarkører. I samarbejde med professor Manish Kohli ved Moffitt Cancer Center i Florida, de testede PRAM på to mikroRNA'er, der er kendte markører for prostatacancer.

De fandt, at det var følsomt nok til at opdage små mængder, der ville være til stede i en patients serum, dog også selektiv nok til at detektere markøren blandt en cocktail af molekyler, der også ville være til stede i serum.

"En af hovedudfordringerne ved biosensing er at opretholde følsomhed og selektivitet på samme tid, " sagde Nantao Li, en kandidatstuderende og medforfatter. "Du vil have, at den skal være følsom nok til at opdage meget små mængder, men du vil ikke have det til at opfange hvert RNA i blodet. Du ønsker, at denne specifikke sekvens skal være dit mål."

PRAM opnår begge kvaliteter ved at kombinere en molekylær sonde og en fotonisk krystalsensor. Proben parrer sig meget specifikt med et udpeget mikroRNA og har en beskyttelseshætte, der løsner sig, når den finder og binder sig til målbiomarkøren. Den blottede ende af sonden kan derefter binde sig til sensoren, producerer et signal synligt gennem et mikroskop.

Hver enkelt sonde, der binder, sender et separat signal, som forskerne kan tælle. Det betyder, at forskere er i stand til at detektere meget mindre mængder end traditionelle metoder som fluorescens, som skal overskride en vis tærskel for at udsende et målbart signal. At være i stand til at tælle hver biomarkør medfører også den ekstra fordel, at forskere kan overvåge ændringer i koncentrationen af ​​biomarkøren over tid.

"Med PRAM, vi sprøjter en prøve ind i en opløsning og får en aflæsning inden for to timer, " sagde postdoc-forsker Taylor Canady, en medførsteforfatter af undersøgelsen. "Andre teknologier, der producerer enkelt-molekyle udlæsninger kræver ekstra behandling og yderligere trin, og de kræver en dags eller mere ventetid. PRAM virker som noget, der kunne være meget mere gennemførligt klinisk. Ud over, ved at bruge et optisk signal i stedet for fluorescens, vi kunne en dag bygge en miniaturiseret enhed, der ikke behøver en uddannet laborant."

PRAM-tilgangen kunne tilpasses til forskellige mikroRNA'er eller andre biomarkører, siger forskerne, og er kompatibel med eksisterende mikroskopplatforme.

"Denne tilgang gør ideen om at udføre en 'flydende biopsi' for lavkoncentrationskræftrelaterede molekyler et skridt tættere på virkeligheden, " sagde Cunningham. "Dette fremskridt viser, at det er muligt at have en billig og rutinemæssig metode, der er følsom nok til kun at kræve en dråbe blod. Resultaterne af testen kan fortælle en læge, om et kemoterapiregime virker, om en persons kræft er ved at udvikle en ny mutation, der ville gøre den resistent over for et lægemiddel, eller om en person, der tidligere var blevet behandlet for kræft, måske har en remission."