(Phys.org) — Onderzoekers van de Purdue University hebben een manier ontwikkeld om kankerniveaus in een levende cel te detecteren en te meten door gebruik te maken van kleine gouddeeltjes met staarten van synthetisch DNA.

Een team onder leiding van Joseph Irudayaraj, hoogleraar landbouw- en biologische techniek, gebruikte gouden nanodeeltjes om zich te richten op en te binden aan fragmenten van genetisch materiaal, bekend als BRCA1-messenger-RNA-splitsingsvarianten, die de aanwezigheid en het stadium van borstkanker kunnen aangeven. Het aantal van deze mRNA-splitsingsvarianten in een cel kan worden bepaald door het specifieke signaal te onderzoeken dat licht produceert wanneer het interageert met de gouden nanodeeltjes.

"Dit is een eenvoudige maar geavanceerde techniek die kan worden gebruikt om kanker in een enkele cel op te sporen en te bepalen hoe agressief het is, " zei Irudayaraj, die ook de adjunct-directeur is van het Bindley Bioscience Center. "Het kunnen kwantificeren van deze genetische moleculen kan clinici uiteindelijk helpen om kankerpatiënten een betere en meer geïndividualiseerde behandeling te geven."

De techniek zou ook ons ​​begrip van celbiologie kunnen vergroten en de weg vrijmaken voor genetische profilering en diagnose op basis van een enkele cel, zei Irudayaraj.

BRCA1 is een tumorsuppressorgen dat onder bepaalde omstandigheden een cel kan transformeren in een kankerachtig type. Het meten van het aantal BRCA1-mRNA-splitsingsvarianten in een cel kan aangeven of het gen onvoldoende tot expressie wordt gebracht, een mogelijk teken van borstkanker.

Maar de huidige methoden voor het opsporen van kanker zijn gebaseerd op monsters die uit honderden of duizenden cellen bestaan ​​en kunnen geen gedetailleerde informatie geven over hoe genen die aan kanker zijn gekoppeld in individuele cellen tot expressie worden gebracht.

Irudayaraj en zijn team zijn de eersten die BRCA1-mRNA-splitsingsvarianten - fragmenten van genetisch materiaal die worden verwijderd wanneer mRNA wordt gevormd - in een enkele cel detecteren en kwantificeren. Splice-varianten kunnen het lot van een cel bepalen en hoe specifieke eiwitten tot expressie worden gebracht. Fouten in het splitsingsproces zijn in verband gebracht met een verscheidenheid aan ziekten.

"Met deze methode we kunnen in principe een speld in een hooiberg zien - en we kunnen bepalen of er vijf naalden in die hooiberg zitten of dat er 50 zijn, " hij zei.

Irudayaraj en zijn toen afgestudeerde onderzoeksassistent, Kyuwan Lee, wie is de eerste auteur van de studie, aangepaste gemeenschappelijke nanotechnologiemethoden om de uitdaging aan te gaan om mRNA-splitsingsvarianten in een levende cel te lokaliseren. Ze fabriceerden gouden nanodeeltjes - meer dan 1, 000 keer kleiner dan de diameter van een mensenhaar - en labelde ze met DNA-strengen die complementair waren aan BRCA1-mRNA-splitsingsvarianten.

Wanneer geïnjecteerd in een cel, de nanodeeltjes die aan beide uiteinden van mRNA-splitsingsvarianten zijn bevestigd, vormen structuren die bekend staan ​​als dimeren - elk "als een paar hand in hand, ' zei Irudayaraj.

Omdat dimeren een uniek signaal afgeven in aanwezigheid van licht, de onderzoekers konden het aantal dimeren meten door de cel te verlichten met een eenvoudige lichtbron. Het aantal dimeren kwam overeen met het aantal BRCA1-mRNA-splitsingsvarianten in een cel.

Licht gedraagt ​​zich anders als het op een enkel gouddeeltje schijnt, waardoor de onderzoekers onderscheid konden maken tussen dimeren en vrij zwevende gouddeeltjes.

De onderzoekers gebruikten twee methoden om de dimeren te kwantificeren:spectroscopie, die de manier meet waarop licht wordt verstrooid wanneer het een object ontmoet, en een colorimetrische afbeelding waarop dimeren worden weergegeven als roodachtige stippen, terwijl enkele gouddeeltjes groen lijken.

De techniek kan mRNA-splitsingsvarianten in een enkele cel in ongeveer 30 minuten kwantificeren.

Irudayaraj past het systeem aan om het proces te versnellen, zodat het kan worden gebruikt in weefselbiopten.

"Als we sleutel-mRNA kunnen kwantificeren bij eencellige resolutie in een weefselbiopsie, die zeer krachtig zal zijn in termen van het verfijnen van behandelingsprotocollen voor belangrijke ziekten, " hij zei.