Urinetesten identificeren hersentumoren door kanker-DNA vast te leggen met behulp van nanodraden

Een groep onder leiding van onderzoekers van de Universiteit van Nagoya in Japan heeft een technologie ontwikkeld om celvrij DNA (cfDNA) op nanodraadoppervlakken uit urine op te vangen en vrij te geven. Door dit DNA te extraheren, konden ze met succes de IDH1-mutatie detecteren, een karakteristieke genetische mutatie van gliomen, een type hersentumor. Hun bevindingen verhogen de effectiviteit van kankerdetectietests met behulp van urine. Ze publiceerden hun resultaten in het tijdschrift Biosensoren en bio-elektronica.

Hersentumoren worden vaak pas onderzocht na het optreden van symptomen, zoals verlamming van de ledematen. Maar zelfs als ze worden ontdekt, zijn ze vaak zo geavanceerd dat het moeilijk is om ze operatief te verwijderen. Onder deze tumoren zijn enkele van de dodelijkste gliomen. Deze tumoren hebben een gemiddelde overlevingstijd van slechts 12-18 maanden. Daarom is vroege detectie noodzakelijk om de patiënt een overlevingskans te geven.

Aangezien veel patiënten routinematige onderzoeken hebben waarbij ze urinemonsters geven, kunnen deze monsters effectief worden gebruikt om te zoeken naar aanwijzingen voor hersentumoren. Een kenmerk van hersentumoren is de aanwezigheid van cfDNA, dit zijn kleine DNA-deeltjes die vrijkomen als de tumor zijn cellen verjongt en oude beschadigde verwijdert. Gewoonlijk wordt het cfDNA van de gastheer opgeruimd door macrofagen, maar in het geval van kankercellen delen de cellen zich zo snel dat er overtollig cfDNA overblijft, dat wordt uitgescheiden in de urine.

“De detectie van deze cellen als een niet-invasieve manier om te controleren op kanker is goedgekeurd door de Amerikaanse Food and Drug Administration voor kankerscreening, diagnose, prognose en monitoring van kankerprogressie en behandelingsrespons,” Professor Takao Yasui, een lid van de onderzoeksgroep, zei. “Een belangrijk knelpunt is echter het gebrek aan technieken om cfDNA efficiënt uit urine te isoleren, aangezien het uitgescheiden cfDNA kort, gefragmenteerd en in lage concentratie kan zijn.”

Om dit probleem op te lossen, heeft een team bestaande uit professor Takao Yasui, professor Yoshinobu Baba en onderzoeker Hiromi Takahashi van de Graduate School of Engineering, samen met professor Atsushi Natsume van de Institutes of Innovation for Future Society, Nagoya University, in samenwerking met professor Takeshi Yanagida van de Universiteit van Tokio, en universitair hoofddocent Sakon Rahong van King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang, Thailand, gebruikten een catch-and-release-methode op zinkoxide (ZnO) nanodraadoppervlakken om cfDNA en extracellulaire blaasjes van gliomen te vangen.

ZnO werd gekozen omdat watermoleculen adsorberen op het oppervlak van ZnO nanodraden. Deze watermoleculen vormen vervolgens waterstofbruggen met eventueel cfDNA in het urinemonster. Het gebonden cfDNA kan vervolgens worden uitgewassen, waardoor onderzoekers er sporen van in een monster kunnen isoleren.

Hun techniek was een doorslaand succes. “We zijn erin geslaagd om urinair cfDNA te isoleren, wat uitzonderlijk moeilijk was met conventionele methoden,” zei Yasui. “Hoewel we in een eerder experiment hebben aangetoond dat onze nanodraad extracellulaire blaasjes van kanker kan vangen, die we ook in dit monster vonden, was het verrassende het vangen van cfDNA met een vergelijkbare techniek. Toen we het cfDNA extraheerden, ontdekten we de IDH1-mutatie , wat een kenmerkende genetische mutatie is die wordt aangetroffen in gliomen. Dit was opwindend voor ons, aangezien dit het eerste rapport is van de detectie van de IDH1-mutatie uit een urinemonster van slechts 0,5 ml.’

“Dit onderzoek overwint de tekortkomingen van momenteel gebruikte methoden door chemische, biologische, medische en nanotechnologische technieken te gebruiken om een ​​state-of-the-art methode te bieden voor het klinische gebruik van urinair cfDNA, vooral als een analytisch hulpmiddel om de vroege diagnose van cfDNA te vergemakkelijken. kanker’, zei Yasui. “Hoewel we gliomen hebben getest, opent deze methode nieuwe mogelijkheden voor de detectie van tumormutaties. Als we weten naar welk type mutatie we moeten zoeken, kunnen we onze techniek gemakkelijk toepassen om andere soorten tumoren op te sporen, met name de detectie van tumoren die niet kunnen worden gedetecteerd.” geïsoleerd door conventionele methoden.”