Artsen gebruiken steeds vaker genetische handtekeningen om ziekten te diagnosticeren en de beste zorg te bepalen, maar het gebruik van DNA-sequencing en andere technieken om genomische herschikkingen te detecteren, blijft duur of beperkt in mogelijkheden. Echter, een innovatieve doorbraak ontwikkeld door onderzoekers van het Massey Cancer Center van de Virginia Commonwealth University en de VCU Department of Physics belooft DNA-herschikkingsmutaties te diagnosticeren tegen een fractie van de kosten met verbeterde nauwkeurigheid.

Onder leiding van VCU-fysicus Jason Reed, doctoraat, het team ontwikkelde een techniek die een proces genaamd digitale polymerasekettingreactie (dPCR) combineert met snelle atoomkrachtmicroscopie (HSAFM) om een ​​beeld te creëren met een resolutie op nanoschaal dat gebruikers verschillen in de lengte van genen in een DNA-sequentie kunnen meten. Deze variaties in genlengte, bekend als polymorfismen, kan de sleutel zijn tot het nauwkeurig diagnosticeren van vele vormen van kanker en neurologische ziekten.

Een studie die de methode beschrijft, is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift ACS Nano , en het onderzoeksteam rapporteerde hun resultaten op de jaarlijkse bijeenkomsten van de Association of Molecular Pathology en de American Society of Hematology. Eerder onderzoek naar de HSAFM-technologie werd beschreven door VCU Massey Cancer Center in 2017.

"De technologie die nodig is om herschikkingen van DNA-sequenties te detecteren, is duur en beperkt beschikbaar, toch vertrouwt de geneeskunde steeds meer op de informatie die ze verschaft om kankers en vele andere ziekten nauwkeurig te diagnosticeren en te behandelen, " zegt Jason Reed, doctoraat, lid van het onderzoeksprogramma Cancer Biology van VCU Massey Cancer Center en universitair hoofddocent bij de afdeling Natuurkunde van het VCU College of Humanities and Sciences. "We hebben een systeem ontwikkeld dat een routinematig laboratoriumproces combineert met een goedkope maar krachtige atomaire microscoop die veel voordelen biedt ten opzichte van standaard DNA-sequencing voor deze toepassing, voor een fractie van de prijs."

dPCR gebruikt het DNA-polymerase-enzym om monsters van DNA of RNA exponentieel te klonen voor verdere experimenten of analyse. Het monster wordt vervolgens op een atomair vlakke plaat geplaatst voor inspectie met HSAFM, die een extreem scherpe microscopische stylus, vergelijkbaar met de naald van een platenspeler, over het monster sleept om nauwkeurige metingen op moleculair niveau te maken. De techniek is door het team van Reed aangepast om optische lasers te gebruiken, zoals die in een dvd-speler, om monsters te verwerken met een snelheid die duizenden keren sneller is dan de typische atoomkrachtmicroscopie. De onderzoekers ontwikkelden vervolgens computercode om de lengte van elk DNA-molecuul te traceren.

Het team beweert dat elke dPCR-reactie minder dan $ 1 kost om te scannen met hun techniek.

Om de klinische bruikbaarheid van het proces aan te tonen, Reed werkte samen met Amir Toor, MD, hematoloog-oncoloog en lid van het Developmental Therapeutics onderzoeksprogramma bij Massey, en Alden Chesney, MD, universitair hoofddocent pathologie bij de afdeling Pathologie van de VCU School of Medicine. Samen, ze vergeleken de techniek van Reed met de huidige standaardtest om DNA-lengtepolymorfismen in het FLT3-gen te diagnosticeren bij patiënten met acute myeloïde leukemie. Patiënten met deze mutaties hebben doorgaans een agressievere ziekte en een slechte prognose in vergelijking met patiënten zonder de mutatie.

De techniek van Reed identificeerde nauwkeurig FLT3-genmutaties in alle monsters en kwam overeen met de resultaten van de huidige gouden standaardtest (LeukoStrat CDx FLT3-mutatietest) bij het meten van de lengte van de gensegmenten. Echter, in tegenstelling tot de huidige test, De analyse van Reed rapporteert ook de variant allelfractie (VAF). De VAF kan aantonen of de mutatie erfelijk is en maakt de detectie mogelijk van mutaties die mogelijk gemist zouden kunnen worden door de huidige test.

"We hebben ervoor gekozen om ons te concentreren op FLT3-mutaties omdat ze moeilijk te diagnosticeren zijn, en de standaardtest is beperkt in capaciteit, " zegt Reed. "We zijn van plan deze technologie verder te ontwikkelen en te testen bij andere ziekten waarbij structurele DNA-mutaties betrokken zijn. We hopen dat het een krachtig en kosteneffectief hulpmiddel kan zijn voor artsen over de hele wereld die kanker en andere verwoestende ziekten behandelen die worden veroorzaakt door DNA-mutaties."