Nanopore -techniek voor het meten van DNA -schade kan de therapie van kanker en radiologische noodrespons verbeteren

Wetenschappers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) hebben een nieuwe technologie ontwikkeld om te meten hoe straling DNA -moleculen beschadigt. Deze nieuwe techniek, die DNA passeert door kleine openingen die nanoporiën worden genoemd, detecteert stralingsschade veel sneller en nauwkeuriger dan bestaande methoden. Het kan leiden tot verbeterde radiotherapie voor kanker en meer gepersonaliseerde zorg voor individuen tijdens radiologische noodsituaties.

“Met nanopore detectie, meten we niet alleen stralingsschade; we herschrijven de regels over hoe snel en effectief we kunnen reageren op zowel kankerzorg als noodsituaties,” zei NIST -fysieke wetenschapper Joseph Robertson.

Het onderzoek heeft nu met succes de proof-of-concept-fase voltooid, die in het laboratorium zijn aangetoond met behulp van zorgvuldig bereide DNA in een testbuis. Toekomstplannen omvatten het ontwikkelen van een draagbare versie van de technologie en het gebruik van de techniek om stralingsschade aan DNA te meten geëxtraheerd uit biologische cellen en weefsels.

Hoe de nieuwe technologie werkt

Huidige methoden voor het meten van de biologische effecten van straling zijn langzaam en vaak niet effectief bij het leveren van resultaten wanneer dat nodig is, met name in medische en noodsituaties. Om stralingsschade te beoordelen in een individu die wordt blootgesteld aan straling, nemen medische professionals een bloedmonster en tellen ofwel het aantal dode cellen (een proces dat ten minste twee dagen duurt) of kweekcellen uit het monster om chromosomale afwijkingen te detecteren (die ten minste drie dagen duurt).

Deze bestaande technieken hebben een beperkt bereik en kunnen doses niet meten boven ongeveer 5 grijs, wat lager is dan waaraan een individu kan worden blootgesteld in een groot radiologisch incident. Een grijze (GY) is een eenheid die de hoeveelheid stralingsergie tot uitdrukking brengt die door het lichaam wordt geabsorbeerd of een object per kilogram massa.

De nieuwe techniek, gepubliceerd in Analytische chemieis met name effectief voor het meten van doses tussen 2 Gy en 10 Gy – een cruciaal bereik van blootstelling aan straling bij mensen die onmiddellijke medische zorg noodzakelijk maken. Het kan binnen enkele minuten resultaten opleveren in plaats van dagen, met een aanzienlijk hogere nauwkeurigheid dan eerder haalbaar.

De methode maakt gebruik van het feit dat ioniserende straling, zoals röntgenstralen en gammastralen, DNA in kleinere fragmenten breekt.

Om de nieuwe aanpak aan te tonen, gebruikten onderzoekers door straling beschadigde DNA-monsters. Ze passeerden de DNA -fragmenten door een nanopore, waarbij er een elektrische stroom doorheen stroomde. DNA -moleculen die door de nanopore passeerden, veroorzaakten verstoringen in de stroom.

Door deze variaties te controleren, zouden de onderzoekers het aantal DNA -fragmenten kunnen meten dat de nanopore doorstapt en hun lengtes bepalen. Met deze informatie konden de onderzoekers de effectieve stralingsdosis die het DNA beïnvloedde nauwkeurig berekenen.

Therapieën op maat maken voor betere resultaten

In de zoektocht om de behandeling van kanker te verbeteren, is realtime monitoring van blootstelling aan straling essentieel.

“Te weinig straling kan kankercellen niet vernietigen, terwijl te veel gezond weefsel kan schaden,” zei Robertson. “Het vermogen om de blootstelling aan straling in realtime te controleren, betekent dat artsen behandelingen kunnen aanpassen om de juiste dosering te garanderen.”

Deze technologie kan ook bijhouden hoe goed een tumor reageert op straling, waardoor gepersonaliseerde aanpassingen aan de behandeling mogelijk zijn. Door direct DNA -schade in kankercellen te meten, kunnen artsen therapieën nauwkeuriger aanpassen aan elke patiënt.

Snelle reactie in noodsituaties

In radiologische noodsituaties zoals nucleaire ongevallen of stralingsvergiftiging, is het vermogen om snel blootstelling aan straling te beoordelen cruciaal. Traditionele methoden kunnen dagen duren, maar met deze nieuwe technologie kunnen first responders in minuten realtime gegevens verkrijgen.

“Dit zou medische teams in staat stellen snel prioriteit te geven aan de zorg voor degenen die het meest risico lopen,” zei Robertson.

De doorbraak van NIST zou de reacties op noodsituaties op straling kunnen transformeren en helpen om levens te redden door ervoor te zorgen dat individuen de juiste zorg zo snel mogelijk ontvangen.

Een toewijding aan volksgezondheid en veiligheid

Een van de belangrijkste voordelen van deze technologie is de potentiële draagbaarheid. NIST -onderzoekers werken samen met industriële partners om een ​​apparaat te ontwikkelen dat zo klein en betaalbaar kan zijn als een smartphone, waardoor het gemakkelijk toegankelijk is in ziekenhuizen, noodhulpsituaties en zelfs veldomgevingen. In de komende jaren hopen onderzoekers samen te werken met commerciële entiteiten om een ​​prototype -apparaat te bouwen.

Deze technologie betekent niet alleen een substantiële vooruitgang bij het meten van DNA -schade, maar onderstreept ook de toewijding van NIST om de volksgezondheid en veiligheid te verbeteren door innovatieve wetenschap.

“Deze technologie is niet alleen een sprong voorwaarts; het is een levenslijn”, zei Robertson. “Door stralingsmeting nauwkeurig en toegankelijk te maken, streven we ernaar om ervoor te zorgen dat hulp altijd binnen handbereik is.”