Een snelle, goedkope maar gevoelige techniek om kankermarkers te detecteren, brengt onderzoekers dichter bij een "vloeibare biopsie" - een test waarbij een klein monster bloed of serum wordt gebruikt om kanker op te sporen, in plaats van de invasieve weefselbemonstering die routinematig wordt gebruikt voor de diagnose.

Onderzoekers van de Universiteit van Illinois hebben een methode ontwikkeld om met kanker geassocieerde microRNA's vast te leggen en te tellen. of kleine stukjes boodschappermoleculen die uit cellen worden afgescheiden en kunnen worden gedetecteerd in bloed of serum, met resolutie van één molecuul. Het team publiceerde zijn resultaten in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

"Kankercellen bevatten genmutaties die hen in staat stellen ongecontroleerd te prolifereren en het immuunsysteem te ontwijken, en sommige van die mutaties komen voor in microRNA's, " zei studieleider Brian Cunningham, een professor in elektrische en computertechniek uit Illinois. Cunningham leidt ook het Holonyak Micro and Nanotechnology Lab in Illinois.

"Er zijn specifieke microRNA-moleculen waarvan bekend is dat de aanwezigheid en concentratie verband houdt met de aanwezigheid en agressiviteit van specifieke soorten kanker, daarom staan ​​ze bekend als biomarkers die het doelwitmolecuul kunnen zijn voor een diagnostische test, " hij zei.

De groep van Cunningham ontwikkelde een techniek genaamd Photonic Resonator Absorption Microscopy om microRNA-biomarkers vast te leggen en te tellen. In samenwerking met professor Manish Kohli van het Moffitt Cancer Center in Florida, ze testten PRAM op twee microRNA's die bekende markers zijn voor prostaatkanker.

Ze vonden dat het gevoelig genoeg was om kleine hoeveelheden te detecteren die aanwezig zouden zijn in het serum van een patiënt, maar ook selectief genoeg om de marker te detecteren in een cocktail van moleculen die ook in serum aanwezig zouden zijn.

"Een van de belangrijkste uitdagingen van biosensing is om tegelijkertijd gevoeligheid en selectiviteit te behouden, " zei Nantao Li, een afgestudeerde student en co-eerste auteur. "Je wilt dat het gevoelig genoeg is om zeer kleine hoeveelheden te detecteren, maar je wilt niet dat het elk RNA in het bloed oppikt. Je wilt dat deze specifieke reeks je doelwit is."

PRAM bereikt beide kwaliteiten door een moleculaire sonde en een fotonische kristalsensor te combineren. De sonde koppelt heel specifiek aan een aangewezen microRNA en heeft een beschermend kapje dat loskomt wanneer het de doelbiomarker vindt en eraan bindt. Het blootgestelde uiteinde van de sonde kan zich vervolgens aan de sensor binden, het produceren van een signaal dat zichtbaar is door een microscoop.

Elke individuele probe die bindt, zendt een apart signaal uit dat de onderzoekers kunnen tellen. Dit betekent dat onderzoekers veel kleinere hoeveelheden kunnen detecteren dan traditionele methoden zoals fluorescentie, die een bepaalde drempel moeten overschrijden om een ​​meetbaar signaal uit te zenden. Het kunnen tellen van elke biomarker heeft ook het extra voordeel dat onderzoekers veranderingen in de concentratie van de biomarker in de loop van de tijd kunnen volgen.

"Met PRAM, we spuiten een monster in een oplossing en krijgen binnen twee uur een uitlezing, " zei postdoctoraal onderzoeker Taylor Canady, een co-eerste auteur van de studie. "Andere technologieën die uitlezingen van één molecuul produceren, vereisen extra verwerking en extra stappen, en ze vereisen een dag of langer wachten. PRAM lijkt iets dat klinisch veel haalbaarder zou kunnen zijn. In aanvulling, door een optisch signaal te gebruiken in plaats van fluorescentie, we zouden ooit een geminiaturiseerd apparaat kunnen bouwen waarvoor geen getrainde laboratoriumtechnicus nodig is."

De PRAM-benadering kan worden aangepast aan verschillende microRNA's of andere biomarkers, zeggen de onderzoekers, en is compatibel met bestaande microscoopplatforms.

"Deze benadering maakt het idee om een ​​'vloeibare biopsie' uit te voeren voor kankergerelateerde moleculen met een lage concentratie een stap dichter bij de realiteit, " zei Cunningham. "Deze vooruitgang toont aan dat het mogelijk is om een ​​goedkope en routinematige methode te hebben die gevoelig genoeg is om slechts een druppel bloed te vereisen. De resultaten van de test kunnen een arts vertellen of een chemotherapieregime werkt, of de kanker van een persoon een nieuwe mutatie ontwikkelt die hem resistent zou maken tegen een medicijn, of dat een persoon die eerder voor kanker is behandeld mogelijk een remissie heeft."