Det uppskattas att det finns cirka 80, 000 industrikemikalier som för närvarande används, i produkter som kläder, rengöringslösningar, mattor, och möbler. För de allra flesta av dessa kemikalier, forskare har liten eller ingen information om deras potential att orsaka cancer.

Detekteringen av DNA-skador i celler kan förutsäga om cancer kommer att utvecklas, men tester för denna typ av skador har begränsad känslighet. Ett team av biologiska ingenjörer från MIT har nu kommit fram till en ny screeningsmetod som de tror skulle kunna göra sådana tester mycket snabbare, lättare, och mer exakt.

National Toxicology Program, en statlig forskningsmyndighet som identifierar potentiellt farliga ämnen, arbetar nu med att anta MIT-testet för att utvärdera nya föreningar.

"Min förhoppning är att de använder den för att identifiera potentiella cancerframkallande ämnen och att vi får ut dem ur vår miljö, och förhindra att de produceras i stora mängder, " säger Bevin Engelward, en professor i biologisk teknik vid MIT och seniorförfattaren till studien. "Det kan ta decennier mellan det att du utsätts för ett cancerframkallande ämne och det att du får cancer, så vi behöver verkligen prediktiva tester. Vi måste förebygga cancer i första hand."

Engelwards labb arbetar nu med att ytterligare validera testet, som använder sig av mänskliga leverliknande celler som metaboliserar kemikalier mycket likt verkliga mänskliga leverceller och producerar en distinkt signal när DNA-skada uppstår.

Le Ngo, en före detta MIT doktorand och postdoc, är huvudförfattare till tidningen, som finns i dagboken idag Nukleinsyraforskning . Andra MIT-författare till uppsatsen inkluderar postdoc Norah Owiti, doktorand Yang Su, tidigare doktorand Jing Ge, Singapore-MIT Alliance for Research and Technology doktorand Aoli Xiong, professor i elektroteknik och datavetenskap Jongyoon Han, och professor emerita i biologisk teknik Leona Samson.

Carol Swartz, John Winters, och Leslie Recio från Integrated Laboratory Systems är också författare till artikeln.

Upptäcker DNA-skador

För närvarande, tester för cancerframkallande potential hos kemikalier innebär att möss exponeras för kemikalien och sedan väntar på att se om de utvecklar cancer, vilket tar cirka två år.

Engelward har ägnat mycket av sin karriär åt att utveckla sätt att upptäcka DNA-skador i celler, vilket så småningom kan leda till cancer. En av dessa enheter, CometChip, avslöjar DNA-skada genom att placera DNA:t i en rad mikrobrunnar på en platta av polymergel och sedan exponera den för ett elektriskt fält. DNA-strängar som har brutits färdas längre, producerar en kometformad svans.

Medan CometChip är bra på att upptäcka brott i DNA, samt DNA-skador som lätt omvandlas till raster, den kan inte ta upp en annan typ av skada som kallas en skrymmande lesion. Dessa lesioner bildas när kemikalier fastnar på en DNA-sträng och förvränger den dubbla helixstrukturen, stör genuttryck och celldelning. Kemikalier som orsakar denna typ av skada inkluderar aflatoxin, som produceras av svampar och kan förorena jordnötter och andra grödor, och benso[a]pyren, som kan bildas när mat tillagas vid höga temperaturer.

Engelward och hennes elever bestämde sig för att försöka anpassa CometChip så att det kunde ta upp den här typen av DNA-skador. Att göra det, de utnyttjade cellernas DNA-reparationsvägar för att generera strängbrott. Vanligtvis, när en cell upptäcker en skrymmande lesion, den kommer att försöka reparera den genom att skära ut lesionen och sedan ersätta den med en ny bit DNA.

"Om det finns något som svävar på DNA:t, du måste riva ut den DNA-sträckan och sedan ersätta den med nytt DNA. I den rippningsprocessen, du skapar ett strängbrott, " säger Engelward.

För att fånga de trasiga trådarna, forskarna behandlade celler med två föreningar som hindrar dem från att syntetisera nytt DNA. Detta stoppar reparationsprocessen och genererar oreparerat enkelsträngat DNA som Comet-testet kan upptäcka.

Forskarna ville också se till att deras test, som kallas HepaCometChip, skulle upptäcka kemikalier som först blir farliga efter att ha modifierats i levern genom en process som kallas bioaktivering.

"Många kemikalier är faktiskt inerta tills de metaboliseras av levern, " säger Ngo. "I levern har du många metaboliserande enzymer, som modifierar kemikalierna så att de lättare utsöndras av kroppen. Men den här processen producerar ibland mellanprodukter som kan visa sig vara giftigare än den ursprungliga kemikalien."

För att upptäcka dessa kemikalier, the researchers had to perform their test in liver cells. Human liver cells are notoriously difficult to grow outside the body, but the MIT team was able to incorporate a type of liver-like cell called HepaRG, developed by a company in France, into the new test. These cells produce many of the same metabolic enzymes found in normal human liver cells, and like human liver cells, they can generate potentially harmful intermediates that create bulky lesions.

Enhanced sensitivity

To test their new system, the researchers first exposed the liver-like cells to UV light, which is known to produce bulky lesions. After verifying that they could detect such lesions, they tested the system with nine chemicals, seven of which are known to lead to single-stranded DNA breaks or bulky lesions, and found that the test could accurately detect all of them.

"Our new method enhances the sensitivity, because it should be able to detect any damage a normal Comet test would detect, and also adds on the layer of the bulky lesions, " Ngo says.

The whole process takes between two days and a week, offering a significantly faster turnaround than studies in mice.

The researchers are now working on further validating the test by comparing its performance with historical data from mouse carcinogenicity studies, with funding from the National Institutes of Health.

They are also working with Integrated Laboratory Systems, a company that performs toxicology testing, to potentially commercialize the technology. Engelward says the HepaCometChip could be useful not only for manufacturers of new chemical products, but also for drug companies, which are required to test new drugs for cancer-causing potential. The new test could offer a much easier and faster way to perform those screens.

"Once it's validated, we hope it will become a recommended test by the FDA, " hon säger.

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.