Fluorescensmønstre hjælper medicinsk diagnostik

I den normale sekvens (ovenfor) bevæger elektronen sig langsomt og blinker langsomt. I tilfælde af en mutation bevæger elektronen sig hurtigt og blinker hurtigt. Hastigheden af elektronbevægelse måles i enkelte molekyler ved hastigheden af blinkning for at diagnosticere punktmutationer. Originalt indhold 2022, Shunya Fan et al. Elektronoverførselskinetik gennem nukleinsyrer løst af enkelt-molekylær fluorescensblink. Kredit:ChemIngen begrænsninger

Standard medicinsk billeddannelse opdager let de fleste solide hjernekræftformer, hvoraf en tredjedel er gliomer. Desværre er to komplekse operationer ofte nødvendige. Men nu kan forskere fra Japan have udtænkt en måde at udføre den indledende biopsi, laboratorietests og efterfølgende tumorfjernelse under en kirurgisk procedure.

Under den første operation for et gliom, en kirurgisk biopsi, indsamler kirurgen en prøve af det mistænkte væv. Et laboratorium kører derefter tests på prøven for at diagnosticere typen af kræft (dvs. om den er godartet eller ej) og for at bestemme, hvilken type malignitet. Afhængigt af den resulterende behandlingsplan kan du muligvis have brug for en anden kirurgisk operation.

I en undersøgelse for nylig offentliggjort i Chem , har forskere fra Osaka University og samarbejdspartnere brugt en avanceret DNA-baseret fluorescensteknik, der kunne hjælpe med at bringe kræftdiagnostik i realtid til medicinsk praksis. Denne undersøgelse besvarer mangeårige grundlæggende videnskabelige spørgsmål og kan åbne op for nye retninger inden for lægebehandling.

Foto-induceret elektronoverførsel er grundlaget for mange DNA-baserede biosensorer. Forskeres forståelse af kinetikken (dvs. hastigheden) af denne proces er baseret på den gennemsnitlige opførsel af mange molekyler, kendt som ensemblemålinger. "Sådanne målinger skjuler enkeltmolekyleadfærden, der er grundlæggende for elektronoverførselskinetikken," forklarer Shuya Fan, hovedforfatter, "men vores forskning fjerner denne uklarhed. Vi brugte fluorescenskorrelationsspektroskopi til at måle forbigående fluorescensmønstre - fluorescensblinkende - og i så gør afdækket enkelt-molekyle kemi, der vil fremme diagnostiske applikationer."

En elektron migrerer gennem DNA'et og DNA/RNA-hybriddupleksen. I denne undersøgelse bevægede elektrontabscentret (hullet) sig gennem dupleksen; og filmen repræsenterer bevægelsen af hullet (hvid kugle). Fordi elektronoverførselshastigheden afhænger af nukleinsyresekvensen, kan man læse sekvensinformationen ved at måle elektronoverførselskinetikken. I denne undersøgelse fokuserede vi på at detektere R132H c.395 G>A mutationen, en punktmutation i IDH1 mRNA, der er almindelig i voksne grad II og III gliomer. DNA-prober designet til at hybridisere med IDH1 mRNA i celler begyndte at blinke ved hybridisering, hvilket lettede måling af elektronoverførselskinetikken. Ved at måle OFF-tiden under blink, fik vi adgang til dynamikken i elektronoverførsel. I proben/mutant-dupleksen forekom blinken hurtigere end i proben/vildtype-dupleksen. Vi observerede hurtig blink i patologiske sektioner af celleblokke, der overudtrykte IDH1 mutant RNA, hvorimod vi observerede lidt blink i celleblokke, der kun udtrykte vildtype IDH1. Dette ville give os mulighed for at identificere patologiske prøver opnået under operationen, som præsenteret som et fremtidsperspektiv i den sidste del af denne film. Ved at bruge det indsprøjtede hul som en lydpuls - analogt med ping fra et aktivt sonarsystem - og måle den tid, det tager for hullet at vende tilbage, kan man læse information om nukleinsyresekvensen, der er forbundet med det fluorescerende molekyle. Kredit:Shunya Fan et al. Elektronoverførselskinetik gennem nukleinsyrer løst ud af enkeltmolekylære fluorescensblink, Chem .

Forskerne målte forholdet mellem kinetikken af elektronoverførsel i enkelte DNA-molekyler med DNA'ets afstand og sekvens. Grundlaget for deres arbejde var at fotobestråle et fluorescerende molekyle, som igangsatte elektronoverførsel fra DNA'et. En matematisk teknik kendt som autokorrelationsanalyse indikerede, at en større afstand mellem fluorescerende molekyle og en elektrondonor (en hulacceptor) svarede til en nedsat hastighed af fluorescensblink.

"Uventet var elektronoverførselshastigheden for enhver given DNA-sekvens en unik række af værdier - et mønster snarere end en præcis værdi," siger Kiyohiko Kawai, seniorforfatter. "Vi brugte det tilsvarende fluorescensblink til at detektere en mRNA-gliompunktmutation i dyrkede celler."

En umiddelbar forlængelse af denne forskning er en øget forståelse af, hvordan punktmutationer spredes i kroppen. Desuden er forskernes tilgang forenelig med gliomdiagnose i realtid under en kirurgisk biopsi. Målrettet kræftbehandling uden behov for flere operationer er således en yderligere realistisk forlængelse af denne forskningsudvikling. Måske baseret på denne forskning vil kræftkirurgi være enklere, hurtigere og mere effektiv end i dag. + Udforsk yderligere

Når FRETing over cancerbiomarkører ikke virker, skal du fokusere på at blinke i stedet

Sidste artikelForbedring af skumstabilitet i desinfektionsmidler med høje ethanolkoncentrationer

Næste artikelBedre metaloxider til at booste de grønne legitimationsoplysninger for mange energiapplikationer