Вадим Дудченко
Администратор портала

Биомедицинские инженеры из Университета Дьюка разработали метод одновременного обнаружения присутствия нескольких специфических микроРНК в РНК, извлеченной из образцов тканей, без необходимости маркировки или амплификации мишени. Этот метод может быть использован для выявления ранних биомаркеров рака и других заболеваний без необходимости сложных, трудоемких, дорогостоящих процессов и специального лабораторного оборудования, необходимого для современных технологий.

Результаты исследования появились в сети 4 мая в журнале Analyst.

"Основное внимание в моей лаборатории было сосредоточено на раннем выявлении заболеваний у людей, прежде чем они даже узнают, что они больны",- сказал Туан Во-Дин, директор Института фотоники Фицпатрика и выдающийся профессор биомедицинской инженерии Р. Юджин и Сьюзи Э. Гудсон в Дьюке. - И чтобы сделать это, вы должны быть в состоянии пойти вверх по течению, на геномном уровне, чтобы посмотреть на биомаркеры, такие как микроРНК."

МикроРНК-это короткие молекулы РНК, которые связываются с РНК-мессенджером и мешают им передавать свои инструкции белковым машинам организма. Это может эффективно заставить замолчать определенные участки ДНК или регулировать экспрессию генов, тем самым изменяя поведение определенных биологических функций. В организме человека обнаружено более 2000 микроРНК, влияющих на развитие, дифференцировку, рост и метаболизм.

Крупный план горстки наностар, используемых для создания нового типа диагностики рака.

По мере того как исследователи открывали и узнавали больше об этих крошечных генетических пакетах, многие микроРНК были связаны с неправильной регуляцией биологических функций, что приводило к различным заболеваниям-от опухолей головного мозга до болезни Альцгеймера. Из-за очень малых количеств микроРНК, присутствующих в образцах тела, традиционные методы их изучения требуют генетически-амплификационных процессов, таких как количественная обратная транскрипционная ПЦР (qRT-PCR) и секвенирование РНК.

В то время как эти технологии превосходно работают в хорошо оборудованных лабораториях и исследовательских исследованиях, которые могут занять месяцы или годы, они не так хорошо подходят для быстрых результатов диагностики в клинике или в полевых условиях. Чтобы попытаться преодолеть этот разрыв в применимости, Во-Динь и его коллеги обращаются к посеребренным золотым наностарам.

"Золотые наностары имеют множество шипов, которые могут выступать в качестве осветительных стержней для усиления электромагнитных волн, что является уникальной особенностью формы частицы",-сказал Во-Динь, который также имеет назначение на факультет химии Дюка. - Наши крошечные наносенсоры, называемые "обратными молекулярными стражами", используют эту способность, чтобы создавать четкие сигналы о присутствии множества микроРНК."

В то время как название является полным ртом, основная идея конструкции наносенсора состоит в том, чтобы заставить молекулу метки двигаться очень близко к шипам звезды, когда определенный участок целевой РНК распознается и захватывается. Когда лазер затем освещается на срабатывающем датчике, эффект громоотвода наконечников нанозвезды заставляет молекулу метки сиять чрезвычайно ярко, сигнализируя о захвате целевой РНК.

Исследователи установили этот триггер, привязав молекулу метки к одной из точек нанозвезды с помощью отрезка ДНК. Хотя он построен так, чтобы сворачиваться в петлю, ДНК удерживается открытой РНК - "спейсером", который адаптирован для связывания с целевой микроРНК, на которую проводится тестирование. Когда эта микроРНК проходит мимо, она прилипает к спейсеру и удаляет его, позволяя ДНК свернуться в петлю и привести молекулу метки в тесный контакт с нанозвездой.

При лазерном возбуждении эта метка испускает свет, называемый Рамановским сигналом, который обычно очень слаб. Но форма наностар-и эффект сцепления отдельных реакций, вызванных золотыми наностарями и серебряным покрытием-усиливает комбинационные сигналы в несколько миллионов раз, что облегчает их обнаружение.

"Рамановские сигналы молекул меток демонстрируют острые пики с очень специфическими цветами, такими как спектральные отпечатки пальцев, которые легко отличают их друг от друга при обнаружении",-сказал Во-Дин. "Таким образом, мы можем фактически спроектировать различные датчики для различных микроРНК на наностарах, каждый с молекулами метки, демонстрирующими свои собственные специфические спектральные отпечатки пальцев. И поскольку сигнал настолько силен, мы можем обнаружить каждый из этих отпечатков независимо друг от друга."

В этом клиническом исследовании во-Динь и эта команда сотрудничали с Кэтрин Гарман, адъюнкт-профессором медицины, и коллегами из Института рака Дьюка, чтобы использовать новую платформу наносенсоров, чтобы продемонстрировать, что они могут обнаружить miR-21, специфическую микроРНК, связанную с очень ранними стадиями рака пищевода, а также другие более сложные современные методы. В этом случае одного использования miR-21 достаточно, чтобы отличить образцы здоровых тканей от образцов раковых. Для других заболеваний, однако, может потребоваться обнаружение нескольких других микроРНК, чтобы получить надежный диагноз, и именно поэтому исследователи так взволнованы общей применимостью их обратных молекулярных сторожевых нанобиосенсоров.

"Обычно трех или четырех генетических биомаркеров может быть достаточно, чтобы получить хороший диагноз, и эти типы биомаркеров могут безошибочно идентифицировать каждую болезнь",-сказал Во-Динь. - Вот почему нас вдохновляет то, насколько сильный сигнал создают наши наностары, не требуя отнимающего много времени усиления цели. Наш метод мог бы стать диагностической альтернативой гистопатологии и ПЦР, тем самым упростив процесс тестирования для диагностики рака."

В течение более чем трех лет Во-Динь работал со своими коллегами и Управлением по лицензированию и рискам Дюка, чтобы запатентовать свои биосенсоры на основе нанозвезд. Получив недавно этот патент, исследователи с нетерпением ждут начала тестирования пределов возможностей своей технологии и изучения возможностей передачи технологий с частным сектором.

"После этих обнадеживающих результатов мы теперь очень рады применить эту технологию для обнаружения рака толстой кишки непосредственно из образцов крови в новом проекте, финансируемом NIH",- сказал Во-Динь. "Очень сложно обнаружить ранние биомаркеры рака непосредственно в крови до того, как опухоль даже сформируется, но у нас есть большие надежды."

 



Актуальные новости

  • Сутки
  • Неделя
  • Месяц