Ny nanopore-teknik giver proof-of-concept af tidligere, sikrere tumordetektion

I de seneste år, en ikke-invasiv biopsimetode kaldet flydende biopsi har vist sig lovende som et potentielt alternativ til vævsbiopsi, i øjeblikket den gyldne standard inden for opdagelse og diagnose af kræft. En vævsbiopsiprøve - traditionelt indsamlet gennem en kirurgisk procedure, der kan kræve generel anæstesi, ledsaget af risikoen for komplikationer, der kan opstå ved enhver operation, fra smerte til infektion og lungebetændelse - testes typisk for specifikke genetiske variationer, også kaldet mutationer, som kan give information om en klar optimal behandling af den pågældende kræftsygdom.

Flydende biopsier, på den anden side, identificere tilstedeværelsen af ​​tumor-DNA-fragmenter eller celler, der cirkulerer i kropsvæsker som blod, urin eller spyt – kaldet cirkulerende tumor-DNA (ctDNA) – og skåner patienter for unødvendig skade. Desværre, den minimale mængde ctDNA i kropsvæsker og deres kortlivede natur er fortsat en udfordring for virkelige anvendelser.

Men biotekforskere ved Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT) har udviklet en nanopore-teknik, som i laboratorieundersøgelser, har vist potentiale til at tilbyde en kraftfuld, hurtigt og nemt værktøj til mutationsdetektion.

Resultaterne blev offentliggjort den 9. august, 2020, i det peer-reviewede tidsskrift Små metoder .

Nanopore målinger, en tredje generations genetisk sekventeringsteknologi, passerer et DNA-molekyle gennem et hul i nanoskala, eller 'pore.' Når det passerer poren, DNA-nukleotidbaserne (adenin [A], cytosin [C], guanin [G], eller thymin [T]) forårsager ændringer i elektrisk ladning, der er specifikke for hver af disse baser, og som kan katalogiseres, meget som at føre sand gennem en række sigter. Nanopore tech kan også fornemme translokationen, eller udveksling af genetisk materiale, af korte DNA-strenge via en blokering af den elektriske strøm, når poren er åben. I begge tilfælde, anden generations målekørselstider varer alt fra 4-9 dage. Men nanoporemålinger sker i realtid.

Den hurtige og billige nanopore-teknik bruges ofte til hele genom-sekventering, men dets anvendelse til ctDNA-analyse er fortsat underudviklet. Nanopore-sekventering er dygtig til lange læselængder (> 10, 000-50, 000 nt). Sekventering af ctDNA (~150 bp) kræver behandling i et tidligere stadium, som at give flere kopier af det originale ctDNA for at strække mål. Mens forsøg på tilgange ved hjælp af nanopore-teknologi til direkte ctDNA-detektion er blevet gjort, og er i stand til at genkende tilstedeværelsen eller fraværet af en enkelt genetisk mutation, indtil nu, de har ikke været i stand til at genkende denne mutations position.

TUAT-metoden, baseret på statistisk analyse af, hvor lang tid det tager for den genetiske kode at pakke ud, og af blokering af strømmen, gør det muligt at identificere både tilstedeværelsen og positionen af ​​en mutation. Det er indtil videre kun blevet brugt på korte strimler af genetisk materiale, eller oligonukleotider, ikke i flydende biopsier fra den virkelige verden.

"Dette er stadig på proof-of-concept-stadiet, men det er spændende, ikke bare fordi det kunne tillade tidligere opdagelse, " sagde Ryuji Kawano, en af ​​de to ingeniører, der er ansvarlige for at udtænke den nye metode, "men teknikken kunne bruges til at vurdere graden af ​​metastase [kræftvækst] til, hvor godt anticancermedicin virker."

Forskerne håber nu at arbejde sammen med medicinske institutioner for at verificere og katalogisere placeringen af ​​mutationer i ctDNA fra mange forskellige kræftformer for at udvikle denne metode som en simpel diagnostisk metode til en bred vifte af forekomster af sygdommen.