Een samenwerking tussen de University of Illinois en Mayo heeft een nieuwe genexpressie-analysetechniek aangetoond die de RNA-niveaus snel en direct uit een kankerachtig weefselmonster nauwkeurig kan meten, terwijl de ruimtelijke informatie over het weefsel behouden blijft - iets wat conventionele methoden niet kunnen doen. De genexpressietechniek van het team wordt beschreven in een paper gepubliceerd in de online editie van Natuurcommunicatie .

Volgens Illinois Bioengineering Professor Rashid Bashir, bestaande genexpressiemethoden hebben beperkingen. "Ze zijn omslachtig en traag, uren of zelfs vele dagen nodig hebben om de analyse over slechts één weefselmonster uit te voeren, " zei Bashir, co-leider van het onderzoeksteam, die een Grainger Distinguished Professor of Bioengineering en de Carle Illinois College of Medicine executive associate dean is. "Onze techniek doet de volledige analyse over het weefselplakje in twee uur of minder."

Bestaande methoden kunnen eiwitten meten, die worden geproduceerd nadat genetische informatie of instructies uit DNA en RNA zijn voortgekomen. Die methoden voor het meten van eiwitten zijn ingewikkeld en vereisen antilichamen die voor bepaalde eiwitten niet bestaan.

"Onze methode kan de expressie van boodschapper-RNA detecteren, die extra inzicht kunnen geven dan alleen de uiteindelijke eiwitconcentratie, ' zei Bashir.

De gepixelde ruimtelijke genexpressietool kan een volledig weefselmonster analyseren en kankercellen identificeren in een proces dat minder dan twee uur duurt.

De gepixelde ruimtelijke genexpressietool kan een volledig weefselmonster analyseren en kankercellen identificeren in een proces dat minder dan twee uur duurt.

Onderzoeksteam mede-leider Dr. Farhad Kosari, een assistent-professor biochemie en moleculaire biologie aan de Mayo Clinic, denkt dat hun nieuwe techniek ooit in onderzoekslaboratoria en in de kliniek zou kunnen worden gebruikt. "Als je de micro-omgevingen van tumoren bestudeert, je zou willen weten welke genen tot expressie komen op een specifieke locatie van de tumor, " zei Kosari. "Dit vermogen om te kijken naar gelokaliseerde expressie van genen wordt momenteel gedaan met fluorescentie in situ hybridisatie (FISH), maar onze techniek is een stuk sneller en meer kwantitatief."

In aanvulling, het boodschapper-RNA (mRNA) zal nauwkeurigere genetische informatie opwekken. "Bij het analyseren van diermodellen en xenotransplantaten, er kan kruisreactiviteit zijn van het doelantilichaam met het gastheerantigeen, wat leidt tot vals-positieve signalen en analysefouten, " zei Illinois Bioengineering promovendus Anurup Ganguli, de eerste auteur van de studie.

Het team creëerde een siliconenchip ter grootte van een vingernagel met een array van meer dan 5, 000 piramidevormige putjes met vlijmscherpe randen. Wanneer een kankerweefselmonster ter grootte van een centimeter op de chip wordt geplaatst, wordt het automatisch in honderden of duizenden kleine stukjes gesneden die parallel worden geanalyseerd met behulp van een bestaande technologie die bekend staat als lusgemedieerde isotherme amplificatie (LAMP).

Volgens Ganguli, zodra het weefsel is gesneden en in de onderliggende putjes op de microchip is geplaatst, duizenden onafhankelijke picolitervolume LAMP-reacties worden in elk putje rechtstreeks vanuit het weefsel uitgevoerd zonder dat enige zuivering van de analyt nodig is.

"Laser capture microdissectie (LCM) gevolgd door stroomafwaartse zuivering en amplificatie is in het verleden gebruikt om naar specifieke regio's van gekleurde weefselmonsters te kijken en de heterogeniteit binnen het monster te analyseren, " zei Kosari. "Onze techniek is vergelijkbaar met het uitvoeren van meer dan 5, 000 LCM-stappen met de downstream-versterking in een enkele stap op een microchip."

Ganguli demonstreerde de nieuwe techniek met behulp van bevroren menselijke prostaatweefselxenotransplantaten die in muizen werden gekweekt. In minder dan twee uur, hij was in staat om het mRNA van TOP2A te amplificeren en te analyseren, een nucleair enzym en een bekende marker van de agressiviteit van prostaatkanker.

"Onze aanpak pixeleert het hele weefselmonster en kan die zeer weinige cellen identificeren die mogelijk kankerachtig zijn, " zei Bashir. "Er bestaat geen enkele techniek die onbewerkt weefsel naar nucleïnezuuramplificatie brengt terwijl de ruimtelijke informatie behouden blijft."

De nieuwe techniek kan ooit ook nuttig zijn om artsen en pathologen te helpen tumormarges te bepalen, die de uitkomst van kankeroperaties kunnen verbeteren.

Het team blijft werken aan de genexpressietechniek en wil deze gebruiken om genetische mutaties voor long- en borstkanker in kaart te brengen, naast prostaatkanker. Ze werken ook aan het verkleinen van de putjes op de chip tot onder de huidige 100 x 100 micron. Deze wijziging zal ertoe leiden dat individuele cellen met een hogere resolutie kunnen worden onderzocht.