Technologia akustyczna do wykrywania DNA nowotworowego we krwi
Reakcja łańcuchowa polimerazy(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (PCR) jest metodą amplifikacji DNA, przy użyciu której można wytworzyć miliony kopii próbki DNA. Została ona opracowana w latach 80. ubiegłego wieku przez Kary’ego Banksa Mullisa, który w 1993 roku otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii, i zrewolucjonizowała biologię molekularną. Dzięki metodzie PCR badania DNA weszły w nową erę, stając się złotym standardem dla większości testów genetycznych i znacząco przyczyniając się do powstania projektu Human Genome(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Obecnie metoda emulsyjnego PCR(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (ang. droplet digital PCR, ddPCR), najnowocześniejsza pod względem czułości, jest zbyt droga do szerokiego zastosowania w laboratoriach diagnostycznych. Alternatywne metody, takie jak sekwencjonowanie Sangera i testy PCR Cobas, są tańsze, ale mają znacznie niższą czułość od ddPCR.
Akustyczny czujnik do wykrywania DNA
Aby rozwiązać ten problem, w ramach finansowanego ze środków UE projektu CATCH-U-DNA(odnośnik otworzy się w nowym oknie) opracowano prostą metodę amplifikacji i kwantyfikacji DNA o wysokiej specyficzności. „Naszym celem było opracowanie ultraczułej metody wykrywania krążącego DNA nowotworowego w płynnych biopsjach pobieranych od pacjentów onkologicznych”, wyjaśnia koordynatorka projektu Electra Gizeli. W tym celu naukowcy opracowali test wykorzystujący metodę PCR specyficznej względem allelu(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (ang. allele-specific PCR, AS-PCR) o wysokiej czułości, który selektywnie poddaje amplifikacji docelowe mutacje w genach implikowanych przez czerniaka, raka jelita grubego i płuc. Poddane amplifikacji DNA wiąże się z nowatorskim bioczujnikiem o ultrawysokim poziomie czułości, co prowadzi do wiązania liposomów. Zmienia to energię akustyczną i zwraca sygnał proporcjonalny do unieruchomionego DNA. Platforma CATCH-U-DNA jest w stanie równolegle wykrywać do 24 celów DNA w mniej niż 2 godziny. Jej czułość przewyższa wszystkie dostępne na rynku ilościowe metody PCR i jest znacznie tańsza od ddPCR. Ponadto, w porównaniu do innych platform opartych na macierzach lub bioczujnikach wykorzystywanych do wykrywania DNA, technologia akustyczna pozwala na przetwarzanie nieoczyszczonych próbek i eliminuje potrzebę ich podgrzewania. We współpracy z Wydziałem Onkologii Uniwersytetu Kreteńskiego, przy użyciu metody opracowanej w ramach projektu CATCH-U-DNA w utrwalonych w formalinie, zatopionych w parafinie tkankach i próbkach osocza pacjentów z rakiem płuc, jelita grubego i czerniakiem udało się wykryć mutacje nowotworowe BRAF V600E i KRAS G12D. Przy użyciu platformy możliwe było wykrycie pojedynczej cząsteczki DNA zawierającej mutację punktową BRAF V600E w ilości 10 000 razy większej niż w allelu typu dzikiego, wykazując czułość na poziomie 99,99 %.
Zastosowanie platformy CATCH-U-DNA w biopsjach płynnych
Według WHO nowotwory(odnośnik otworzy się w nowym oknie) są drugą główną przyczyną zgonów na świecie. Biorąc pod uwagę, że ze względu na starzenie się społeczeństwa przewiduje się wzrost liczby zachorowań, istnieje pilna potrzeba poprawy i przyspieszenia diagnozowania. Wykrywanie DNA nowotworowego we krwi obwodowej za pomocą płynnych biopsji jest obiecującą i nieinwazyjną metodą, która, jak udowodniono, przewyższa standardowe metody, takie jak biopsje tkanek litych, badania ultrasonograficzne i obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego. „Dzięki prostemu badaniu krwi płynne biopsje umożliwiają rozpoznanie DNA uwolnionego z komórek nowotworowych, co dostarcza szerokiego zakresu informacji na temat nowotworu”, podkreśla Gizeli. Platforma CATCH-U-DNA uprości ten proces i zwiększy jego czułość oraz opłacalność. Co ważne, przybliży nas o krok bliżej do medycyny spersonalizowanej. Plany na przyszłość obejmują komercjalizację technologii przez partnera projektu, firmę AWSensors(odnośnik otworzy się w nowym oknie) z Hiszpanii, która opracowała nową platformę akustyczną i zestaw czujników. Oczekuje się, że platforma znajdzie zastosowanie zarówno w badaniach laboratoryjnych, jak i w sektorze klinicznym.
