Student opracowuje urządzenie mikroprzepływowe, które pomoże naukowcom zidentyfikować wczesne markery genetyczne raka

Jak każdy, kto grał “Gdzie jest Waldo” wie, poszukiwanie pojedynczego elementu w krajobrazie wypełnionym melanżem postaci i przedmiotów może być wyzwaniem. Chrissy O’Keefe, doktorant w Katedrze Inżynierii Biomedycznej, rozumie to aż za dobrze: Całe dnie spędza na poszukiwaniu subtelnych zmian DNA w komórkach nowotworowych ukrytych wśród wielu zdrowych komórek.

O'Keefe używa urządzenia opracowanego przez nią i jej zespół do analizy próbek krwi na poziomie molekularnym. Jej cel? Aby wykryć raka na bardzo wczesnym etapie, na długo przed wystąpieniem objawów.

Tytuł Zdjęcia:Chrissy O’Keefe

“Ponieważ krew dociera do każdej tkanki w ciele, w tym komórki nowotworowe, zbiera fragmenty nowotworowego DNA,” ona tłumaczy. “Podczas gdy analiza molekularna przyniosła wielkie postępy, nadal istnieją ograniczenia w ich zdolności do wykrywania rzadkich lub rzadkich zmian genów i rzadkich biomarkerów.”

W niedawnym numerze Postępy nauki, O'Keefe opisuje sprzęt i techniki oprogramowania do analizy molekularnej opracowane przez jej zespół, aby wyszukiwanie tych zmian w DNA było łatwe i wydajne. Jej zespół obejmuje Jeffa Wanga, główny pracownik naukowy Instytutu NanoBioTechnologii oraz profesor w dziedzinie Wydział Inżynierii Mechanicznej, i Toma Pisanica, Starszy pracownik naukowy INBT.

O'Keefe wyjaśnia, że ​​DNA raka, jak DNA wszystkich organizmów, zmiany w odpowiedzi na otoczenie, faworyzowanie zmian, które pomogą mu przetrwać w dłuższej perspektywie. Te zmiany, w tym mutacje, usunięcia, przesunięcia ramek, i metylacja, może być duży i oczywisty, ale niektóre mogą być małe i prawie niezauważalne, ona mówi. Małe zmiany, nawet pojedynczy nukleotyd w pojedynczym genie, może dać DNA nowotworu przewagę. W związku z tym, wczesne wykrycie tych zmian może poinformować lekarzy o potencjalnych problemach, umożliwienie natychmiastowego rozpoczęcia interwencji medycznej i poprawę wskaźników przeżywalności pacjentów.

Tytuł Zdjęcia:Urządzenie HYPER-melt firmy O’Keefe (wstrzyknięty barwnik dla łatwiejszego oglądania) pomoże klinicystom wykryć raka i materiały przedrakowe, dzieląc próbki krwi na coraz mniejsze porcje w celu łatwiejszej analizy

“Sekretem sukcesu biologii jest jej zdolność do adaptacji i dywersyfikacji. Utrzymuje ścisłą równowagę między pewną zmiennością a ścisłymi regulacjami, aby zapewnić stabilny wzrost,” mówi O’Keefe. “Jednakże, rak działa poprzez promowanie niestabilności sprzyjającej wzrostowi. Aby wcześnie wykryć tę niestabilność, potrzebujemy techniki, która może porównywać cząsteczkę z cząsteczką, i wykorzystują samą zmienność jako wskaźnik utraty ścisłej regulacji.”

Aby wykryć te małe modyfikacje, O’Keefe i jej zespół stworzyli platformę cyfrową o nazwie HYPER-Melt, co oznacza profilowanie o dużej gęstości i liczenie przez stopienie. HYPER-Melt to platforma mikrofluidyczna, co oznacza, że ​​koncentruje się na manipulowaniu i analizowaniu małych objętości płynu. Urządzenie zespołu rozpoczyna się od rozdzielenia próbek krwi na coraz mniejsze porcje iw ten sposób, ułatwia analizę, zidentyfikować, i oddzielić chore DNA od zdrowego DNA. Następnie urządzenie digitalizuje i analizuje tysiące pojedynczych cząsteczek.

Istnieją inne technologie dostarczające te same informacje, ale urządzenie O'Keefe - zdolne do wielowymiarowego wykrywania zmian genetycznych i epigenetycznych - jest bardziej wydajne i opłacalne w rutynowym użyciu. O’Keefe twierdzi, że urządzenie może być niezwykle pomocne dla lekarzy we wczesnym wykrywaniu nowotworów, zwłaszcza te wymagające inwazyjnych procedur, takich jak biopsje, endoskopie, i kolonoskopii.

O'Keefe ma nadzieję, że metoda testowania może prowadzić do wczesnego wykrywania materiału przedrakowego i wykrywania innych chorób oraz do lepszego zrozumienia progresji nowotworu.

Źródło:

hub.jhu.edu, autorstwa Giny Wadas