Technologia akustyczna do wykrywania DNA nowotworowego we krwi
Reakcja łańcuchowa polimerazy (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. Obecnie metoda emulsyjnego PCR (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 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 (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 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 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.
Słowa kluczowe
CATCH-U-DNA, AS-PCR, biopsje płynnej tkanki, DNA nowotworowe, technologia akustyczna, bioczujnik DNA
