Scientia

Particule ultrasensibile oferă o nouă perspectivă în diagnosticarea cancerului. Mici particule care măsoară nivelul moleculelor micro-ARN din sânge ar putea să ajute la diagnosticarea şi monitorizarea mai multor boli. Pentru mai multe detalii, citiţi articolul.

Acum 10 ani, cercetătorii au descoperit un nou tip de material genetic numit “micro-ARN”, care se pare că poate să activeze sau să oprească genele din interiorul unei celule. Mai recent ei au aflat că aceste mici bucăţele de material  genetic de multe ori se încurcă în celulele canceroase contribuind la creşterea incontrolabilă a tumorilor.

Inginerii chimici de la MIT au creat particule care pot detecta moleculele micro-ARN din interiorul celulelor umane.
credit: Stephen Clifford Chapin

O echipă de cercetători de la MIT lucrează acum la o metodă de a detecta nivelurile anormale de micro-ARN din sângele pacienţilor bolnavi de cancer, crescând posibilitatea ca această boală să fie detectată sau monitorizată folosind un simplu test de sânge.

Tehnologia, descrisă în două lucrări recente publicate în “Analytical Chemistry” şi “Angewandte Chemie”, constă într-o matrice de mici particule, fiecare creată să se prindă într-un anumit tip de moleculă micro-ARN. Prin expunerea mostrelor de sânge sau ARN-ului purificat acţiunii acestor particule, cercetătorii pot genera un profil micro-ARN care arată existenţa sau inexistenţa cancerului în corpul pacientului.  Fiecare tip de cancer, de plămâni, de pancreas şi aşa mai departe, are propria sa semnătură micro-ARN.

Micro-ARN-urile, care de obicei sunt lungi cam cât 20 de nucleotide, sunt  implicate în mai multe boli incluzând HIV, Alzheimer, diabet şi boli cardiovasculare. Genomul uman conţine aproximativ 1000 de molecule de micro-ARN care se presupune a fi responsabile de funcţionarea celulei la nivel subtil prin blocarea moleculelor mesager ARN care poartă instrucţiunile de sinteză a proteinelor din ADN.

“În timp ce măsurarea nivelurilor de micro-ARN poate aduce un real beneficiu, sunt mai multe provocări pentru a le detecta”, spune Patrick Doyle, profesor de inginerie chimică de la MIT şi şeful echipei de cercetători. “Nu există deocamdată o metodă general acceptată”, spune tot Doyle, “fiecare are propria sa metodă de detecţie favorită”.

În lucrarea lor publicată în luna ianuarie a acestui an în revista “Angewandte Chemie” inginerul Doyle, proaspătul absolvent Stephen Chapin şi colegii lor au arătat că se pot folosi mici particule de hidrogel, lungi de aproape 200 micrometri pentru a detecta mai rapid iregularităţile în dezvoltarea ARN-ului  luat de la 4 indivizi cu patru tipuri diferite de cancer.

În lucrarea lor publicată în luna august în revista Analytical Chemistry, se arată că particulele lor au detectat cu succes micro-ARN-urile din sângele unui pacient bolnav de cancer de prostata.

Hidrogelul este făcut dintr-o reţea hidrofilă de lanţuri de polimer, care conduc la lipirea de acidul nucleic. Fiecare dintre particulele cercetătorilor este decorată cu milioane de molecule identice de ADN care sunt complementare unei secvenţe ţintă specifice.

Când particulele sunt amestecate cu o mostră de sânge, orice moleculă micro-ARN prezentă se lipeşte de similara ei din ADN.  Fiecare şirag de ADN conţine la rândul lui o scurtă secvenţă care se grefează pe o probă fluorescentă, adăugată mai târziu. Folosind un scaner microfluidic de concepţie proprie, cercetătorii pot astfel să măsoare rapid fluorescenţa fiecărei particule, arătând cât de multe particule de micro-ARN există în mostră. Scanerul citeşte de asemenea un “cod de bare” chimic imprimat pe fiecare particulă care arată ce tip de micro-ARN a fost detectat. Întregul proces durează mai puţin de trei ore.

În cea de a doua lor lucrare, cercetătorii au mărit sensibilitatea particulelor amplificând fluorescenţa generată de fiecare particulă. Ei au obţinut acest lucru ataşând multiple etichete de secvenţă ADN fiecărui micro-ARN ţintă prins în gelul microparticulelor. Această etichetă secvenţială ar putea apoi să fie lipită probelor fluorescente.

Această abordare este de 100 de ori mai exactă decât celelalte tehnologii folosite în detectarea micro-ARN-urilor, spune Doyle. Tehnologia poate detecta aproximativ 10000 copii de anumite tipuri de micro-ARN fiecare ser încercat cerând doar 25 de microlitri de mostră de sânge.

Jun Lu, profesor asistent de genetică de la şcoala de Medicină din Yale spune că tocmai nivelul de sensibilitate atins poate face ca acest sistem de particule să fie “o tehnologie promiţătoare”.

“Senzitivitatea descoperită poate detecta niveluri foarte joase de micro-ARN prezente în ser şi foarte probabil şi în alte fluide ale corpului uman. Aceasta poate face tehnologia să fie una foarte utilă, luând în considerare faptul că obţinerea serului şi a altor câteva fluide din corp cere un nivel minim de intervenţie invazivă asupra pacientului”, spune Lu, care nu este implicat în această cercetare.

Noua abordare a celor de la MIT dă de asemenea un rezultat mai exact decât cel al tehnicii deja existente care etichetează direct şiragurile de micro-ARN cu probe fluorescente.  Secvenţe diferite de micro-ARN pot lua diferite forme care arată cât de uşor pot ele să se grefeze pe probele fluorescente.

Doyle începe acum să lucreze cu cercetători din domeniul medicinei pentru a face cercetări, folosind detecţia micro-ARN, în ceea ce priveşte studiul bolilor cardiovasculare şi HIV. El şi unul din foştii lui studenţi, Daniel Pregibon, au fondat o companie, “Firefly Bioworks”, care a brevetat tehnologia de construire şi scanare a particulelor, cu scopul de a dezvolta sistemul pentru folosirea lui la scară comercială.

În această imagine se vede cum molecula de micro-ARN devine fluorescentă după alipirea de o particulă. În stânga se poate vedea  “codul de bare” care indică ce tip de micro-ARN detectează particula respectivă.
Imagine Stephen Clifford Chapin

Textul de mai sus este traducerea articolului Ultrasensitive particles offer new way to find cancer, publicat de web.mit.edu.
Traducere: Claudia Rusu