Een nieuw hulpmiddel voor het detecteren van kanker maakt gebruik van kleine circuits gemaakt van DNA om kankercellen te identificeren aan de hand van de moleculaire handtekeningen op hun oppervlak.

Onderzoekers van de Duke University hebben de eenvoudige circuits gemaakt van op elkaar inwerkende strengen synthetisch DNA die tienduizenden keren fijner zijn dan een mensenhaar.

In tegenstelling tot de circuits in een computer, deze circuits werken door zich aan de buitenkant van een cel te hechten en deze te analyseren op eiwitten die in sommige celtypen in grotere aantallen worden aangetroffen dan in andere. Als een circuit zijn doelen vindt, het labelt de cel met een klein oplichtend label.

Omdat de apparaten celtypen onderscheiden met een hogere specificiteit dan eerdere methoden, de onderzoekers hopen dat hun werk de diagnose kan verbeteren, en kankertherapieën een beter doel te geven.

Een team onder leiding van Duke computerwetenschapper John Reif en zijn voormalige Ph.D. student Tianqi Song beschreef hun aanpak in een recent nummer van de Tijdschrift van de American Chemical Society .

Soortgelijke technieken zijn eerder gebruikt om kanker op te sporen, maar ze zijn meer vatbaar voor valse alarmen - verkeerde identificaties die optreden wanneer mengsels van cellen een of meer van de eiwitten bevatten waarop een DNA-circuit is ontworpen om te screenen, maar geen enkel celtype heeft ze allemaal.

Voor elke kankercel die met de huidige methoden correct wordt opgespoord, een deel van de gezonde cellen wordt ook verkeerd gelabeld als mogelijk kanker terwijl ze dat niet zijn.

Elk type kankercel heeft een karakteristieke set celmembraaneiwitten op het celoppervlak. Om gevallen van identiteitsverwisseling te voorkomen, het Duke-team ontwierp een DNA-circuit dat moet aansluiten op die specifieke combinatie van eiwitten op dezelfde cel om te werken.

Als gevolg hiervan zullen ze veel minder snel de verkeerde cellen markeren, zei Reif.

De technologie kan worden gebruikt als screeningsinstrument om kanker uit te sluiten, wat zou kunnen betekenen dat er minder onnodige follow-ups nodig zijn, of om meer gerichte kankerbehandelingen te ontwikkelen met minder bijwerkingen.

Elk basiselement van hun DNA-circuit bestaat uit twee DNA-strengen. De eerste DNA-streng vouwt zich om en vormt gedeeltelijk een paren met zichzelf om een ​​haarspeldvorm te vormen. Het ene uiteinde van elke haarspeld is gebonden aan een tweede DNA-streng die fungeert als een slot en koord, op zo'n manier vouwen dat het als een puzzelstukje in een specifiek celoppervlakte-eiwit past. Samen zorgen deze twee strengen ervoor dat dat specifieke eiwit op het celoppervlak aanwezig is.

Om kanker te zoeken, de circuitcomponenten worden gemengd met de cellen van een persoon in het laboratorium. Als er cellen bezaaid zijn met de juiste combinatie van eiwitten, het volledige circuit zal hechten. Door een streng "initiator"-DNA toe te voegen, gaat een van de haarspelden open, die op zijn beurt een andere in een kettingreactie in gang zet totdat de laatste haarspeld in het circuit wordt geopend en de cel oplicht.

Testruns van het apparaat in reageerbuizen in het laboratorium van Reif toonden aan dat het kan worden gebruikt om binnen enkele uren leukemiecellen te detecteren en te onderscheiden van andere soorten kanker, gewoon door de kracht van hun gloed.

De apparaten kunnen eenvoudig opnieuw worden geconfigureerd om verschillende celoppervlakte-eiwitten te detecteren door de tether-strengen te vervangen, zeggen de onderzoekers. In de toekomst, Reif is van plan om de DNA-circuits een klein molecuul vrij te geven dat het immuunsysteem van het lichaam waarschuwt om de kankercel aan te vallen.

De technologie is nog niet klaar voor prime time. De onderzoekers zeggen dat hun DNA-circuits moeten worden getest in meer realistische omstandigheden om er zeker van te zijn dat ze nog steeds de juiste cellen markeren.

Maar het is een veelbelovende stap om ervoor te zorgen dat kankerscreens en therapieën de juiste boosdoeners vinden.