En snabb, billig men ändå känslig teknik för att upptäcka cancermarkörer för forskare närmare en "flytande biopsi" - ett test med ett litet blodprov eller serum för att upptäcka cancer, snarare än den invasiva vävnadsprovtagningen som rutinmässigt används för diagnos.

Forskare vid University of Illinois utvecklade en metod för att fånga och räkna cancerassocierade mikroRNA, eller små bitar av budbärarmolekyler som utsöndras från celler och kan detekteras i blod eller serum, med upplösning med en enda molekyl. Teamet publicerade sina resultat i Förfaranden från National Academy of Sciences .

"Cancerceller innehåller genmutationer som gör att de kan spridas utan kontroll och undvika immunsystemet, och några av dessa mutationer dyker upp i mikroRNA, "sa studieledaren Brian Cunningham, en professor i el- och datateknik i Illinois. Cunningham leder också Holonyak Micro and Nanotechnology Lab i Illinois.

"Det finns specifika mikroRNA -molekyler vars närvaro och koncentration är känd för att vara relaterad till närvaron och aggressiviteten hos specifika cancerformer, så de är kända som biomarkörer som kan vara målmolekyl för ett diagnostiskt test, " han sa.

Cunninghams grupp utvecklade en teknik som heter Photonic Resonator Absorption Microscopy för att fånga och räkna mikroRNA -biomarkörer. I samarbete med professor Manish Kohli vid Moffitt Cancer Center i Florida, de testade PRAM på två mikroRNA som är kända markörer för prostatacancer.

De fann att det var tillräckligt känsligt för att upptäcka små mängder som skulle finnas i en patients serum, men också tillräckligt selektiv för att detektera markören bland en cocktail av molekyler som också skulle finnas i serum.

"En av de viktigaste utmaningarna med biosensing är att bibehålla känslighet och selektivitet samtidigt, "sa Nantao Li, en doktorand och första författare. "Du vill att den ska vara tillräckligt känslig för att upptäcka mycket små mängder, men du vill inte att den ska ta upp varje RNA i blodet. Du vill att den här specifika sekvensen ska vara ditt mål. "

PRAM uppnår båda kvaliteterna genom att kombinera en molekylär sond och en fotonisk kristallsensor. Sonden kopplas mycket specifikt till ett särskilt mikroRNA och har ett skyddande lock som lossnar när den hittar och binder till målbiomarkören. Den exponerade änden av sonden kan sedan binda till sensorn, producerar en signal som är synlig genom ett mikroskop.

Varje enskild sond som binder sänder en separat signal som forskarna kan räkna. Detta innebär att forskare kan upptäcka mycket mindre mängder än traditionella metoder som fluorescens, som måste överskrida en viss tröskel för att avge en mätbar signal. Att kunna räkna varje biomarkör har också den extra fördelen att forskare kan övervaka förändringar i koncentrationen av biomarkören över tid.

"Med barnvagn, vi sprutar ett prov till en lösning och får en avläsning inom två timmar, "sa postdoktor Taylor Canady, en av författarna till studien. "Annan teknik som producerar enkelmolekylavläsningar kräver extra bearbetning och ytterligare steg, och de kräver en dag eller mer väntan. Barnvagn verkar som något som kan vara mycket mer genomförbart kliniskt. Dessutom, genom att använda en optisk signal istället för fluorescens, vi kunde en dag bygga en miniatyriserad enhet som inte behöver en utbildad laboratorietekniker. "

PRAM -tillvägagångssättet kan anpassas till olika mikroRNA eller andra biomarkörer, säger forskarna, och är kompatibel med befintliga mikroskopplattformar.

"Detta tillvägagångssätt gör tanken på att utföra en" flytande biopsi "för lågkoncentrerade cancerrelaterade molekyler ett steg närmare verkligheten, "Cunningham sa." Detta framsteg visar att det är möjligt att ha en billig och rutinmässig metod som är tillräckligt känslig för att bara kräva en droppe blod. Resultaten av testet kan berätta för en läkare om en behandling med kemoterapi fungerar, om en persons cancer utvecklar en ny mutation som skulle göra den resistent mot ett läkemedel, eller om en person som tidigare hade behandlats för cancer kan få remission. "