Nieuwe ‘nanoporiën’-techniek biedt proof-of-concept van eerdere, veiligere tumordetectie

In de afgelopen jaren is een niet-invasieve biopsiemethode, vloeibare biopsie genaamd, veelbelovend gebleken als een mogelijk alternatief voor weefselbiopsie, momenteel de gouden standaard voor het opsporen en diagnosticeren van kanker. Een weefselbiopsiemonster – traditioneel verzameld via een chirurgische ingreep waarvoor algemene anesthesie nodig kan zijn, vergezeld van het risico van complicaties die kunnen optreden bij elke operatie, van pijn tot infectie en longontsteking – wordt doorgaans getest op specifieke genetische variaties, ook wel aangeduid als mutaties, die informatie kunnen bieden over een duidelijk optimale behandeling voor die kanker.

Vloeibare biopsieën daarentegen identificeren de aanwezigheid van tumor-DNA-fragmenten of cellen die circuleren in lichaamsvloeistoffen zoals bloed, urine of speeksel – circulerend tumor-DNA (ctDNA) genoemd – en behoedt patiënten voor onnodige schade. Helaas blijven de minieme hoeveelheid ctDNA in lichaamsvloeistoffen en hun kortstondige karakter een uitdaging voor echte toepassingen.

Maar biotech-onderzoekers van de Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT) hebben een nanoporietechniek ontwikkeld die, in laboratoriumtests, het potentieel heeft aangetoond om een ​​krachtig, snel en eenvoudig hulpmiddel te bieden voor mutatiedetectie.

De bevindingen werden op 9 augustus 2020 gepubliceerd in het peer-reviewed tijdschrift Kleine methoden.

Nanoporie-metingen, een derde generatie genetische sequencing-technologie, laat een DNA-molecuul door een gat op nanoschaal of ‘porie’ gaan. Terwijl het de porie passeert, worden de DNA-nucleotidenbasen (adenine [A]cytosine [C], guanine [G]of thymine [T]) veranderingen in elektrische lading veroorzaken die specifiek zijn voor elk van die bases en die kunnen worden gecatalogiseerd, net zoals zand door een reeks zeven. Nanopore-technologie kan ook de translocatie of uitwisseling van genetisch materiaal van korte DNA-strengen detecteren via een blokkering van de elektrische stroom wanneer de porie open is. In beide gevallen duren de doorlooptijden van de tweede generatie tussen de 4 en 9 dagen. Maar nanoporie-metingen vinden in realtime plaats.

De snelle en goedkope nanoporiëntechniek wordt vaak gebruikt voor sequencing van het hele genoom, maar het gebruik ervan voor ctDNA-analyse blijft onderontwikkeld. Nanopore-sequencing is bedreven in lange leeslengtes (> 10.000-50.000 nt). Het sequencen van ctDNA (~ 150 bp) vereist verwerking in een vroeger stadium, zoals het geven van meerdere kopieën van de originele ctDNA om doelen uit te rekken. Hoewel er pogingen zijn ondernomen om nanopore-technologie te gebruiken voor directe ctDNA-detectie, en de aan- of afwezigheid van een enkele genetische mutatie kunnen herkennen, hebben ze tot dusverre de positie van deze mutatie niet kunnen herkennen.

De TUAT-methode, gebaseerd op statistische analyse van de tijd die het duurt voordat de genetische code is uitgepakt, en van het blokkeren van de stroom, waardoor zowel de aanwezigheid als de positie van een mutatie kan worden geïdentificeerd. Het is tot dusverre alleen gebruikt op korte stroken genetisch materiaal, of oligonucleotiden, niet in echte vloeibare biopsieën.

“Dit bevindt zich nog in de proof-of-concept-fase, maar het is niet alleen spannend omdat het eerdere detectie mogelijk maakt”, zegt Ryuji Kawano, een van de twee ingenieurs die verantwoordelijk zijn voor het bedenken van de nieuwe methode, “maar de techniek kan worden gebruikt. om de mate van metastase te beoordelen [cancer growth] hoe goed de geneesmiddelen tegen kanker werken. “

De onderzoekers hopen nu samen te werken met medische instellingen om de locatie van mutaties in ctDNA van een groot aantal verschillende kankers te verifiëren en te catalogiseren om deze methode te ontwikkelen als een eenvoudige diagnostische methode voor een breed scala aan gevallen van de ziekte.