Lo studente sviluppa un dispositivo di microfluidica per aiutare gli scienziati a identificare i primi marcatori genetici del cancro

Come chiunque abbia giocato “Dov'è Waldo?” conosce, cercare un singolo oggetto in un paesaggio pieno di un mélange di personaggi e oggetti può essere una sfida. Chrissy O'Keefe, un dottorando presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica, lo capisce fin troppo bene: Trascorre le sue giornate alla ricerca di sottili cambiamenti nel DNA delle cellule tumorali nascoste tra molte cellule sane.

O'Keefe utilizza un dispositivo sviluppato da lei e dal suo team per analizzare i campioni di sangue a livello molecolare. Il suo obiettivo? Per individuare il cancro nelle primissime fasi, molto prima che si manifestino i sintomi.

Didascalia dell'immagine:Chrissy O'Keefe

“Poiché il sangue raggiunge ogni tessuto del corpo, comprese le cellule tumorali, raccoglie pezzi di DNA canceroso,” lei spiega. “Mentre l’analisi molecolare ha visto grandi progressi, ci sono ancora limitazioni nella loro capacità di rilevare cambiamenti genetici rari o poco frequenti e biomarcatori rari.”

In un recente numero di La scienza avanza, O’Keefe descrive le tecniche hardware e software di analisi molecolare sviluppate dal suo team per rendere facile ed efficiente la ricerca di questi cambiamenti nel DNA. La sua squadra include Jeff Wang, membro principale della facoltà dell'Istituto per le nanobiotecnologie e professore presso la Dipartimento di Ingegneria Meccanica, e Tom Pisanic, Ricercatore senior dell'INBT.

O’Keefe spiega che il DNA del cancro, come il DNA di tutti gli organismi, cambiamenti in risposta al suo ambiente, favorendo cambiamenti che lo aiutino a sopravvivere a lungo termine. Questi cambiamenti, che includono mutazioni, eliminazioni, frameshift, e metilazione, può essere ampio ed evidente, ma alcuni possono essere piccoli e quasi impercettibili, lei dice. Piccoli cambiamenti, anche un singolo nucleotide su un singolo gene, può dare un vantaggio al DNA del cancro. Perciò, rilevare precocemente tali cambiamenti può informare i medici di potenziali problemi, consentendo l’inizio immediato dell’intervento medico e migliorando i tassi di sopravvivenza dei pazienti.

Didascalia dell'immagine:Il dispositivo HYPER-melt di O'Keefe (iniettato con colorante per una più facile visualizzazione) aiuterà i medici a rilevare il cancro e i materiali precancerosi separando i campioni di sangue in porzioni sempre più piccole per un’analisi più semplice

“Il segreto del successo della biologia è la sua capacità di adattarsi e diversificarsi. Mantiene uno stretto equilibrio tra una certa variabilità e una rigorosa regolamentazione per garantire una crescita stabile,” dice O'Keefe. “tuttavia, il cancro agisce promuovendo l’instabilità che favorisce la crescita. Per rilevare precocemente questa instabilità, abbiamo bisogno di una tecnica in grado di confrontare molecola con molecola, e utilizzare la variabilità stessa come indicatore della perdita di una regolamentazione rigorosa.”

Per rilevare queste piccole modifiche, O'Keefe e il suo team hanno creato una piattaforma digitale chiamata HYPER-Melt, che sta per profilazione ed enumerazione ad alta densità per fusione. HYPER-Melt è una piattaforma microfluidica, il che significa che si concentra sulla manipolazione e l'analisi di piccoli volumi di fluido. Il dispositivo del team inizia separando i campioni di sangue in porzioni sempre più piccole e così facendo, rende più facile l'analisi, identificare, e separare il DNA malato dal DNA sano. Quindi il dispositivo digitalizza e analizza migliaia di singole molecole.

Esistono altre tecnologie per fornire le stesse informazioni, ma il dispositivo di O’Keefe, capace di rilevamento multidimensionale di cambiamenti genetici ed epigenetici, è più efficiente ed economico per l’uso di routine. O’Keefe sostiene che il dispositivo può essere estremamente utile ai medici per la diagnosi precoce dei tumori, soprattutto quelli che richiedono procedure invasive come le biopsie, endoscopie, e colonscopie.

La speranza di O’Keefe è che il metodo di test possa portare alla diagnosi precoce di materiale precanceroso e al rilevamento di altre malattie e portare a una migliore comprensione della progressione del tumore..

fonte:

hub.jhu.edu, di Gina Wadas