Een goede indicator van ontregeling in levende cellen is een verandering in hun RNA-expressie. MicroRNA (miRNA), een speciaal type RNA, wordt beschouwd als een biomarker voor kankerverwekkende cellen. Een team van wetenschappers uit China heeft een manier gevonden om miRNA in levende tumorcellen te versterken voor bio-imaging. Zoals ze rapporteren in het journaal Angewandte Chemie , hun test is gebaseerd op een robuust cellulair autokatalytisch biocircuit dat wordt geactiveerd door synthetisch DNA en nanodeeltjes.

Het diagnosticeren van kanker voordat een tumor zichtbaar wordt, is een van de al lang bestaande doelen in de geneeskunde. Een van de biomarkers voor kankerverwekkendheid in een cel is het RNA-expressiepatroon of, preciezer, de verandering in RNA-expressie, die metabole degeneratie veroorzaakt. Er zijn veel soorten RNA, waaronder een kort niet-coderend RNA, miRNA genaamd, bevordert of belemmert de vertaling van door de kern gecodeerde genetische informatie in eiwit. Overeenkomstig, de detectie van een veranderd miRNA-expressieprofiel wordt beschouwd als een betrouwbare indicatie van de degeneratie van een cel.

Echter, de detectie van een bepaald miRNA is moeilijk omdat het slechts in kleine hoeveelheden in de cel aanwezig is en moet worden versterkt en verbonden met een signalerende entiteit, zoals een fluorescentiekleurstof, voor visualisatie. Een team van wetenschappers aan de Wuhan University, China, onder leiding van Fuan Wang, hebben een geschikt amplificatie-detectiemechanisme voor miRNA ontdekt, die vertrouwt op een autokatalytisch biocircuit dat wordt geactiveerd door synthetisch DNA, wat leidt tot een sterk fluorescentiesignaal dat tumorcellen markeert.

RNA wordt gewoonlijk gesynthetiseerd in de kern van de cel en getransporteerd naar het cytoplasma waar het genetische informatie overbrengt. Echter, wanneer synthetisch DNA aanwezig is in het cytoplasma, RNA kan binden aan een bijpassende nucleotidesequentie van de DNA-streng; een feit dat wordt uitgebuit in, bijvoorbeeld, antiretrovirale behandeling om virale RNA-expressie tot zwijgen te brengen. Wang en zijn collega's deden het tegenovergestelde. Door synthetische DNA-strengen te matchen met miRNA, ze activeerden een autokatalytisch amplificatiecircuit - autokatalytisch DNAzyme-biocircuit genaamd - om DNA-miRNA-assemblages te vormen. Deze assemblages groeiden verder om DNAzyme-nanodraden te vormen die de fluorescentiekleurstoffen dragen.

Na toediening van de DNAzyme-detectiekit, de auteurs zagen heldere fluorescentie in een muismodel op de plaats waar zich een tumor ontwikkelde.

Om het DNAzyme de tumorcellen te laten binnendringen, de auteurs gebruikten nanodeeltjes - kleine pakketjes die medicijnen en andere moleculaire vracht aan de cellen kunnen leveren - gemaakt van mangaandioxide met een honingraatachtige structuur. Volgens de auteurs is deze samenstelling en architectuur heeft het voordeel dat het nanodeeltje gemakkelijk kan worden geactiveerd door glutathion, dat is een chemische stof die in overvloed in tumorcellen wordt aangetroffen. Een ander voordeel is dat de vrijgekomen mangaanionen het autokatalytische DNAzyme-biocircuit ondersteunen, schrijven de auteurs.

De wetenschappers benadrukken dat hun zelfverbeterende bioimaging-systeem kan worden ontwikkeld als een krachtig hulpmiddel om tumorcellen te visualiseren met biomarkers. Dit is vooral veelbelovend omdat veel verschillende miRNA's selectief kunnen worden gericht om verschillende kankers of andere celdisfunctie te onderzoeken.