Ett samarbete mellan University of Illinois och Mayo har visat en ny teknik för genuttrycksanalys som exakt kan mäta nivåer av RNA snabbt och direkt från ett cancervävnadsprov samtidigt som den rumsliga informationen över vävnaden bevaras - något som konventionella metoder inte kan göra. Teamets genuttrycksteknik beskrivs i en artikel publicerad i onlineupplagan av Naturkommunikation .

Enligt Illinois Bioengineering Professor Rashid Bashir, existerande genuttrycksmetoder har begränsningar. "De är besvärliga och långsamma, tar timmar eller till och med många dagar att göra analysen över bara ett vävnadsprov, sa Bashir, medledare för forskargruppen, som är en Grainger Distinguished Professor of Bioengineering och Carle Illinois College of Medicine verkställande biträdande dekan. "Vår teknik gör hela analysen över vävnadsskivan på två timmar eller mindre."

Befintliga metoder kan mäta proteiner, som produceras efter att genetisk information eller instruktioner har flödat från DNA och RNA. Dessa proteinmätningsmetoder är komplicerade och kräver antikroppar som inte finns för vissa proteiner.

"Vår metod kan detektera budbärar-RNA-uttryck, som kan ge ytterligare insikt än bara den slutliga proteinkoncentrationen, sa Bashir.

Det pixlade spatiala genuttrycksverktyget kan analysera ett helt vävnadsprov och identifiera cancerceller i en process som tar mindre än två timmar.

Det pixlade spatiala genuttrycksverktyget kan analysera ett helt vävnadsprov och identifiera cancerceller i en process som tar mindre än två timmar.

Forskargruppen medledare Dr. Farhad Kosari, en biträdande professor i biokemi och molekylärbiologi vid Mayo Clinic, föreställer sig att deras nya teknik en dag skulle kunna användas i forskningslabb såväl som på kliniken. "Om du studerade tumörmikromiljöer, du vill veta vilka gener som uttrycks på en specifik plats i tumören, ", sade Kosari. "Denna förmåga att titta på lokaliserat uttryck av gener görs för närvarande med fluorescens in situ hybridisering (FISH), men vår teknik är mycket snabbare och mer kvantitativ."

Dessutom, budbärar-RNA (mRNA) kommer att framkalla mer exakt genetisk information. "När man analyserar djurmodeller och xenotransplantat, det kan finnas korsreaktivitet mellan målantikroppen och värdantigenet som leder till falska positiva signaler och fel i analysen, " sa Illinois Bioengineering doktorand Anurup Ganguli, studiens första författare.

Teamet skapade ett kiselchip i fingernagelstorlek som innehåller en uppsättning av mer än 5, 000 pyramidformade brunnar med knivskarpa kanter. När ett centimeterstort cancervävnadsprov placeras på chipet skärs det automatiskt upp i hundratals eller tusentals små bitar som analyseras parallellt med hjälp av en befintlig teknologi som kallas loopmedierad isotermisk amplifiering (LAMP).

Enligt Ganguli, när vävnaden är skuren och placerad i de underliggande brunnarna på mikrochippet, tusentals oberoende picolitervolym LAMP-reaktioner utförs i varje brunn direkt från vävnaden utan behov av någon analytrening.

"Laser capture microdissection (LCM) följt av nedströms rening och amplifiering har använts tidigare för att titta på specifika regioner av färgade vävnadsprover och analysera heterogeniteten i provet, " sade Kosari. "Vår teknik liknar att utföra mer än 5, 000 LCM-steg med nedströmsförstärkningen i ett enda steg på ett mikrochip."

Ganguli demonstrerade den nya tekniken med hjälp av frysta humana prostatavävnadsxenotransplantat odlade i möss. På mindre än två timmar, han kunde amplifiera och analysera mRNA från TOP2A, ett kärnenzym och känd markör för prostatacancers aggressivitet.

"Vår metod pixlar hela vävnadsprovet och kan identifiera de mycket få cellerna som kan vara cancerösa, ", sa Bashir. "Det finns ingen teknik som tar rå vävnad till nukleinsyraamplifiering samtidigt som den rumsliga informationen bevaras."

Den nya tekniken kan också vara användbar en dag för att hjälpa läkare och patologer att fastställa tumörmarginaler, vilket skulle kunna förbättra resultatet av canceroperationer.

Teamet fortsätter att arbeta med genuttryckstekniken och siktar på att använda den för att kartlägga genetiska mutationer för lung- och bröstcancer, förutom prostatacancer. De arbetar också med att minska storleken på brunnarna på chippet under nuvarande 100 x 100 mikron. Denna modifiering kommer att resultera i att kunna undersöka enskilda celler med högre upplösning.