Сотрудничество Университета Иллинойса и Мэйо продемонстрировало новый метод анализа экспрессии генов, который позволяет точно и быстро измерять уровни РНК непосредственно в образце раковой ткани, сохраняя при этом пространственную информацию о ткани, чего не могут сделать традиционные методы.. Методика экспрессии генов описана в статье, опубликованной в онлайн-издании Nature Communications.
По словам профессора биоинженерии штата Иллинойс Рашида Башира, существующие методы экспрессии генов имеют ограничения.«Они громоздкие и медленные, для анализа всего одного образца ткани требуются часы или даже много дней», - сказал Башир, один из руководителей исследовательской группы, заслуженный профессор Грейнджера в области биоинженерии и Медицинского колледжа Карла Иллинойса. исполнительный заместитель декана. «Наша методика позволяет провести весь анализ среза ткани за два часа или меньше».
Существующие методы позволяют измерять белки, которые производятся после того, как генетическая информация или инструкции поступили из ДНК и РНК. Эти методы измерения белка сложны и требуют антител, которых не существует для определенных белков.
«Наш метод может определять экспрессию матричной РНК, что может дать дополнительную информацию, а не только конечную концентрацию белка», - сказал Башир.
Инструмент пиксельной пространственной экспрессии генов может анализировать образец ткани целиком и идентифицировать раковые клетки в процессе, который занимает менее двух часов.
Инструмент пиксельной пространственной экспрессии генов может анализировать образец ткани целиком и идентифицировать раковые клетки в процессе, который занимает менее двух часов.
Соруководитель исследовательской группы доктор Фархад Косари, доцент кафедры биохимии и молекулярной биологии в клинике Майо, предполагает, что их новая методика когда-нибудь может быть использована как в исследовательских лабораториях, так и в клинике. «Если бы вы изучали микроокружение опухоли, вы бы хотели знать, какие гены экспрессируются в определенном месте опухоли», - сказал Косари. «Эта возможность наблюдать за локализованной экспрессией генов в настоящее время реализуется с помощью флуоресцентной гибридизации in situ (FISH), но наш метод намного быстрее и более количественный».
Кроме того, матричная РНК (мРНК) позволяет получать более точную генетическую информацию. «При анализе животных моделей и ксенотрансплантатов может наблюдаться перекрестная реактивность целевого антитела с антигеном хозяина, что приводит к ложноположительным сигналам и ошибкам в анализе», - сказал аспирант Иллинойсской биоинженерии Ануруп Гангули, первый автор исследования.
Команда создала кремниевый чип размером с ноготь, который содержит массив из более чем 5000 лунок пирамидальной формы с острыми как бритва краями. Когда на чип помещается образец раковой ткани сантиметрового размера, он автоматически разрезается на сотни или тысячи крошечных кусочков, которые анализируются параллельно с использованием существующей технологии, известной как петлевая изотермическая амплификация (LAMP)..
Согласно Гангули, после того, как ткань разрезана и помещена в нижележащие лунки микрочипа, в каждой лунке непосредственно из ткани выполняются тысячи независимых LAMP-реакций с объемом пиколитров без необходимости какой-либо очистки аналита.
«Микродиссекция с лазерным захватом (LCM) с последующей очисткой и амплификации использовалась в прошлом для изучения определенных областей окрашенных образцов ткани и анализа гетерогенности в образце», - сказал Косари. «Наша методика аналогична выполнению более 5000 шагов LCM с последующим усилением за один шаг на микрочипе."
Гангули продемонстрировал новую технику с использованием замороженных ксенотрансплантатов ткани предстательной железы человека, выращенных на мышах. Менее чем за два часа ему удалось амплифицировать и проанализировать мРНК TOP2A, ядерного фермента и известного маркера агрессивности рака предстательной железы.
«Наш подход пикселизирует весь образец ткани и может идентифицировать те очень немногие клетки, которые могут быть раковыми», - сказал Башир. «Не существует какой-либо техники, которая бы использовала сырую ткань для амплификации нуклеиновых кислот, сохраняя при этом пространственную информацию».
Новый метод также может когда-нибудь оказаться полезным, помогая врачам и патологоанатомам определять границы опухоли, что может улучшить результаты операций по поводу рака.
Команда продолжает работать над методом экспрессии генов и стремится использовать его для картирования генетических мутаций рака легких и молочной железы, а также рака предстательной железы. Они также работают над уменьшением размера лунок на чипе ниже нынешних 100 x 100 микрон. Эта модификация позволит просматривать отдельные ячейки с более высоким разрешением.