En universel DNA-nano-signatur for kræft

Forskere fra University of Queenslands Australian Institute for Bioengineering and Nanotechnology (AIBN) har opdaget en unik nanoskaleret DNA-signatur, der ser ud til at være fælles for alle kræftformer.

Baseret på denne opdagelse, holdet har udviklet en ny teknologi, der gør det muligt hurtigt og nemt at opdage kræft fra enhver vævstype, f.eks. blod eller biopsi.

Studiet, som blev støttet af en bevilling fra National Breast Cancer Foundation og er publiceret i tidsskriftet Naturkommunikation , afslører ny indsigt i, hvordan epigenetisk omprogrammering i cancer regulerer de fysiske og kemiske egenskaber af DNA og kan føre til en helt ny tilgang til point-of-care diagnostik.

"Fordi kræft er en ekstremt kompliceret og varierende sygdom, det har været svært at finde en simpel signatur, der er fælles for alle kræftformer, dog adskilt fra raske celler, " forklarer SHT-forsker Dr. Abu Sina.

For at løse dette, Dr. Sina og Dr. Laura Carrascosa, som arbejder med professor Matt Trau ved Havarikommissionen, fokuseret på noget, der hedder cirkulerende frit DNA.

Ligesom sunde celler, kræftceller er altid i gang med at dø og fornys. Når de dør, de eksploderer i bund og grund og frigiver deres last, herunder DNA, som så cirkulerer.

"Der har været en stor jagt på at finde ud af, om der er en bestemt DNA-signatur, der bare er i kræften og ikke i resten af ​​kroppen, " siger Dr. Carrascosa.

Så de undersøgte epigenetiske mønstre på genomerne af kræftceller og raske celler. Med andre ord, de ledte efter mønstre af molekyler, kaldet methylgrupper, som dekorerer DNA'et. Disse methylgrupper er vigtige for cellefunktionen, fordi de tjener som signaler, der kontrollerer, hvilke gener der tændes og slukkes på et givet tidspunkt.

I raske celler, disse methylgrupper er spredt ud over genomet. Imidlertid, SHT-holdet opdagede, at genomet af en kræftcelle i det væsentlige er ufrugtbar bortset fra intense klynger af methylgrupper på meget specifikke steder.

Denne unikke signatur - som de kaldte kræften "methylscape", for methyleringslandskab - optrådte i alle typer brystkræft, de undersøgte og optrådte i andre former for kræft, også, herunder prostatakræft, tyktarmskræft og lymfom.

"Stort set hvert stykke kræft-DNA, vi undersøgte, havde dette meget forudsigelige mønster, siger professor Trau.

Han siger, at hvis du tænker på en celle som en harddisk, så tyder de nye resultater på, at kræft har brug for bestemte genetiske programmer eller apps for at kunne køre.

"Det ser ud til at være et generelt træk for al kræft, " siger han. "Det er en overraskende opdagelse."

De opdagede også, at når den placeres i opløsning, disse intense klynger af methylgrupper får cancer-DNA-fragmenter til at folde sig sammen til tredimensionelle nanostrukturer, der virkelig kan lide at holde sig til guld.

Ved at udnytte dette, forskerne designet et assay, der bruger guld-nanopartikler, der øjeblikkeligt skifter farve afhængigt af, om disse 3-D nanostrukturer af cancer-DNA er til stede eller ej.

"Dette sker i en dråbe væske, " siger Trau. "Du kan opdage det med øjet, så enkelt er det."

Teknologien er også tilpasset til elektrokemiske systemer, som tillader billig og bærbar detektion, som i sidste ende kunne udføres ved hjælp af en mobiltelefon.

Indtil videre har de testet den nye teknologi på 200 prøver på tværs af forskellige typer kræft hos mennesker, og sunde celler. I nogle tilfælde, Nøjagtigheden af ​​kræftdetektion er så høj som 90 %.

"Det virker for vævsafledt genomisk DNA og blodafledt cirkulerende frit DNA, " siger Sina. "Denne nye opdagelse kan være en game-changer inden for kræftdiagnostik." Den er ikke perfekt endnu, men det er en lovende start og vil kun blive bedre med tiden, siger holdet.

"Vi ved bestemt ikke endnu, om det er den hellige gral eller ej for alle kræftdiagnostiker, siger Trau, "men det ser virkelig interessant ud som en utrolig simpel universel markør for kræft, og som en meget tilgængelig og billig teknologi, der ikke kræver kompliceret laboratoriebaseret udstyr som DNA-sekventering."