นักเรียนพัฒนาอุปกรณ์ไมโครฟลูอิดิกส์เพื่อช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ระบุเครื่องหมายทางพันธุกรรมในระยะเริ่มแรกของมะเร็ง

อย่างที่ใครเคยเล่น. “วัลโดอยู่ไหน” รู้, การค้นหาสิ่งของชิ้นเดียวในภูมิประเทศที่เต็มไปด้วยตัวละครและวัตถุที่ผสมผสานกันอาจเป็นเรื่องท้าทาย. Chrissy O'Keefe, นักศึกษาปริญญาเอกในภาควิชาวิศวกรรมชีวการแพทย์, เข้าใจเรื่องนี้เป็นอย่างดี: เธอใช้เวลาทั้งวันเพื่อค้นหาการเปลี่ยนแปลง DNA เล็กๆ น้อยๆ ในเซลล์มะเร็งที่ซ่อนอยู่ในเซลล์ที่มีสุขภาพดีจำนวนมาก.

O'Keefe ใช้อุปกรณ์ที่เธอและทีมพัฒนาขึ้นเพื่อวิเคราะห์ตัวอย่างเลือดในระดับโมเลกุล. เป้าหมายของเธอ? เพื่อตรวจหามะเร็งในระยะเริ่มแรก, นานก่อนที่อาการจะเกิดขึ้น.

คำบรรยายภาพ:Chrissy O'Keefe

“เนื่องจากเลือดเข้าถึงทุกเนื้อเยื่อในร่างกาย, รวมถึงเซลล์มะเร็งด้วย, มันหยิบชิ้นส่วน DNA ของมะเร็งขึ้นมา,” เธออธิบาย. “ในขณะที่การวิเคราะห์ทางโมเลกุลมีความก้าวหน้าอย่างมาก, ยังมีข้อจำกัดในความสามารถในการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของยีนที่หายากหรือไม่บ่อยนักและตัวบ่งชี้ทางชีวภาพที่หายาก”

ในฉบับล่าสุดของ ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์, O'Keefe อธิบายเทคนิคฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์การวิเคราะห์ระดับโมเลกุลที่ทีมของเธอพัฒนาขึ้นเพื่อทำให้การค้นหาการเปลี่ยนแปลง DNA เหล่านี้ง่ายและมีประสิทธิภาพ. ทีมของเธอรวมถึง Jeff Wang, คณาจารย์หลักของสถาบัน NanoBioTechnology และศาสตราจารย์ใน ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล, และทอม พิสานิค, นักวิทยาศาสตร์การวิจัยอาวุโสของ INBT.

O'Keefe อธิบายว่า DNA ของมะเร็ง, เหมือนดีเอ็นเอของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด, การเปลี่ยนแปลงเพื่อตอบสนองต่อสภาพแวดล้อม, ชอบการเปลี่ยนแปลงที่ช่วยให้สามารถอยู่รอดได้ในระยะยาว. การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้, ซึ่งรวมถึงการกลายพันธุ์ด้วย, การลบ, การเปลี่ยนเฟรม, และเมทิลเลชั่น, อาจมีขนาดใหญ่และชัดเจน, แต่บางส่วนอาจมีขนาดเล็กและแทบจะมองไม่เห็น, เธอพูดว่า. การเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ, แม้แต่นิวคลีโอไทด์ตัวเดียวในยีนตัวเดียว, สามารถให้ DNA ของมะเร็งได้เปรียบ. ดังนั้น, การตรวจพบการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ตั้งแต่เนิ่นๆ สามารถแจ้งให้แพทย์ทราบถึงปัญหาที่อาจเกิดขึ้นได้, ช่วยให้การแทรกแซงทางการแพทย์เริ่มต้นได้ทันทีและเพิ่มอัตราการรอดชีวิตของผู้ป่วย.

คำบรรยายภาพ:อุปกรณ์ HYPER-melt ของ O'Keefe (ฉีดด้วยสีเพื่อให้ชมได้ง่ายขึ้น) จะช่วยให้แพทย์ตรวจพบมะเร็งและวัสดุมะเร็งโดยการแยกตัวอย่างเลือดออกเป็นส่วนเล็กๆ เพื่อการวิเคราะห์ที่ง่ายขึ้น

“เคล็ดลับสู่ความสำเร็จของชีววิทยาคือความสามารถในการปรับตัวและกระจายความหลากหลาย. รักษาสมดุลที่เข้มงวดระหว่างความแปรปรวนบางอย่างและกฎระเบียบที่เข้มงวดเพื่อให้แน่ใจว่ามีการเติบโตที่มั่นคง,” O'Keefe กล่าว. “อย่างไรก็ตาม, มะเร็งออกฤทธิ์โดยส่งเสริมความไม่มั่นคงในการเจริญเติบโต. เพื่อตรวจพบความไม่แน่นอนนี้ตั้งแต่เนิ่นๆ, เราต้องการเทคนิคที่สามารถเปรียบเทียบโมเลกุลต่อโมเลกุลได้, และใช้ความแปรปรวนเป็นตัวบ่งชี้การสูญเสียกฎระเบียบที่เข้มงวด”

เพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ เหล่านี้, O'Keefe และทีมของเธอสร้างแพลตฟอร์มดิจิทัลชื่อ HYPER-Melt, ซึ่งย่อมาจากการทำโปรไฟล์ความหนาแน่นสูงและการแจงนับโดยการหลอมละลาย. HYPER-Melt คือแพลตฟอร์มไมโครฟลูอิดิกส์, ซึ่งหมายความว่ามุ่งเน้นไปที่การจัดการและวิเคราะห์ของเหลวในปริมาณเล็กน้อย. อุปกรณ์ของทีมเริ่มต้นด้วยการแยกตัวอย่างเลือดออกเป็นส่วนเล็กๆ และในการทำเช่นนั้น, ทำให้ง่ายต่อการวิเคราะห์, แยกแยะ, และแยก DNA ที่เป็นโรคออกจาก DNA ที่มีสุขภาพดี. จากนั้นอุปกรณ์จะแปลงเป็นดิจิทัลและวิเคราะห์โมเลกุลแต่ละโมเลกุลนับพัน.

มีเทคโนโลยีอื่นเพื่อให้ข้อมูลเดียวกัน, แต่อุปกรณ์ของ O'Keefe ที่สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมและอีพิเจเนติกส์ได้หลายมิติ มีประสิทธิภาพและคุ้มค่ากว่าสำหรับการใช้งานตามปกติ. O'Keefe ยืนยันว่าอุปกรณ์ดังกล่าวมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับแพทย์ในการตรวจหามะเร็งในระยะเริ่มแรก, โดยเฉพาะผู้ที่ต้องใช้กระบวนการรุกราน เช่น การตัดชิ้นเนื้อ, การส่องกล้อง, และการส่องกล้องตรวจลำไส้ใหญ่.

ความหวังของ O'Keefe ก็คือวิธีการทดสอบสามารถนำไปสู่การตรวจพบสารก่อมะเร็งและการตรวจพบโรคอื่น ๆ ได้ตั้งแต่เนิ่นๆ และนำไปสู่ความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับการลุกลามของเนื้องอก.

แหล่งที่มา:

hub.jhu.edu, โดย จีน่า วาดาส