Guld nanopartikler hjælper med at målrette, kvantificere brystkræftgensegmenter i en levende celle

(Phys.org) – Forskere fra Purdue University har udviklet en måde at detektere og måle kræftniveauer i en levende celle ved at bruge små guldpartikler med haler af syntetisk DNA.

Et team ledet af Joseph Irudayaraj, professor i landbrugs- og biologisk teknik, brugte guldnanopartikler til at målrette og binde til fragmenter af genetisk materiale kendt som BRCA1 messenger RNA splejsningsvarianter, som kan indikere tilstedeværelse og stadium af brystkræft. Antallet af disse mRNA-splejsningsvarianter i en celle kan bestemmes ved at undersøge det specifikke signal, som lys producerer, når det interagerer med guldnanopartiklerne.

"Dette er en enkel, men sofistikeret teknik, der kan bruges til at opdage kræft i en enkelt celle og bestemme, hvor aggressiv den er, "sagde Irudayaraj, som også er vicedirektør for Bindley Bioscience Center. "At være i stand til at kvantificere disse genetiske molekyler kan i sidste ende hjælpe klinikere med at give bedre og mere individualiseret behandling til kræftpatienter."

Teknikken kan også øge vores forståelse af cellebiologi og baner vejen for genetisk profilering og diagnose baseret på en enkelt celle, sagde Irudayaraj.

BRCA1 er et tumorsuppressorgen, der under visse omstændigheder kan transformere en celle til en kræfttype. Måling af antallet af BRCA1 mRNA-splejsningsvarianter i en celle kan indikere, om genet er underudtrykt, et muligt tegn på brystkræft.

Men de nuværende metoder til påvisning af kræft er afhængige af prøver, der består af hundreder eller tusinder af celler og kan ikke give detaljerede oplysninger om, hvordan gener knyttet til kræft udtrykkes i individuelle celler.

Irudayaraj og hans team er de første til at opdage og kvantificere BRCA1 mRNA splejsningsvarianter - fragmenter af genetisk materiale, der fjernes, når mRNA dannes - i en enkelt celle. Splice -varianter kan bestemme en celles skæbne og hvordan specifikke proteiner udtrykkes. Fejl i splejsningsprocessen er blevet forbundet med en række sygdomme.

"Med denne metode, vi er dybest set i stand til at spotte en nål i en høstak - og vi kan afgøre, om der er fem nåle i den høstak, eller om der er 50, " han sagde.

Irudayaraj og hans daværende forskningsassistent, Kyuwan Lee, hvem er den første forfatter til undersøgelsen, tilpassede almindelige nanoteknologiske metoder til at tackle udfordringen med at udpege mRNA-splejsningsvarianter i en levende celle. De fremstillede guld nanopartikler - mere end 1, 000 gange mindre end diameteren på et menneskehår - og mærket dem med DNA -strenge, der supplerer BRCA1 -mRNA -splejsevarianter.

Når den injiceres i en celle, nanopartikler knyttet til hver ende af mRNA -splejsningsvarianter, danner strukturer kendt som dimerer - hver "som et par, der holder i hånd, " sagde Irudayaraj.

Fordi dimerer afgiver et unikt signal i nærvær af lys, forskerne kunne måle antallet af dimerer ved at belyse cellen med en simpel lyskilde. Antallet af dimerer svarede til antallet af BRCA1 mRNA-splejsningsvarianter i en celle.

Lys opfører sig anderledes, når det skinner på en enkelt guldpartikel, giver forskerne mulighed for at skelne mellem dimerer og frit flydende guldpartikler.

Forskerne brugte to metoder til at kvantificere dimererne:spektroskopi, som måler, hvordan lyset spredes, når det støder på en genstand, og et kolorimetrisk billede, hvor dimerer vises som rødlige prikker, mens enkelte guldpartikler fremstår grønne.

Teknikken kan kvantificere mRNA-splejsningsvarianter i en enkelt celle på omkring 30 minutter.

Irudayaraj modificerer systemet for at fremskynde processen, så det kan bruges i vævsbiopsier.

"Hvis vi kan kvantificere nøgle -mRNA ved enkeltcelles opløsning i en vævsbiopsi, der vil være meget kraftfuld med hensyn til at forfine behandlingsprotokoller for vigtige sygdomme, " han sagde.