En bra indikator på dysreglering i levande celler är en förändring i deras RNA-uttryck. MicroRNA (miRNA), en speciell typ av RNA, anses vara en biomarkör för cancerframkallande celler. Ett team av forskare från Kina har hittat ett sätt att förstärka miRNA i levande tumörceller för bioavbildning. Som de rapporterar i journalen Angewandte Chemie , deras analys är baserad på en robust cellulär autokatalytisk biokrets som utlöses av syntetiskt DNA och nanopartiklar.

Att diagnostisera cancer innan en tumör blir synlig har varit ett av de långvariga målen inom medicinen. En av biomarkörerna för cancerogenicitet i en cell är dess RNA-uttrycksmönster eller, mer exakt, förändring i RNA-uttryck, som orsakar metabol degeneration. Det finns många typer av RNA, bland vilka ett kort icke-kodande RNA som kallas miRNA främjar eller hindrar översättningen av kärnkodad genetisk information till protein. Följaktligen, upptäckten av en förändrad miRNA-uttrycksprofil tros vara en tillförlitlig indikation på degenerationen av en cell.

Dock, Det är svårt att upptäcka ett visst miRNA eftersom det endast finns i cellen i små mängder och måste förstärkas och kopplas till en signalenhet, såsom ett fluorescensfärgämne, för visualisering. Ett team av forskare vid Wuhan University, Kina, ledd av Fuan Wang, har upptäckt en lämplig amplifierings-detektionsmekanism för miRNA, som förlitar sig på en autokatalytisk biokrets aktiverad av syntetiskt DNA, vilket leder till en stark fluorescenssignal som flaggar tumörceller.

RNA syntetiseras vanligtvis i cellens kärna och transporteras till cytoplasman där det förmedlar genetisk information. Dock, när syntetiskt DNA finns i cytoplasman, RNA kan binda till en matchande nukleotidsekvens av DNA-strängen; ett faktum som utnyttjas i, till exempel, antiretroviral behandling för att tysta viralt RNA-uttryck. Wang och hans kollegor gjorde tvärtom. Genom att matcha syntetiska DNA-strängar med miRNA, de utlöste en autokatalytisk amplifieringskrets – kallad autokatalytisk DNAzyme-biokrets – för att bilda DNA-miRNA-sammansättningar. Dessa enheter växte ytterligare för att bilda DNAzyme nanotrådar som bär fluorescensfärgämnena.

Efter administrering av DNAzyme-detektionssatsen, författarna observerade ljus fluorescens i en musmodell på den plats där en tumör utvecklades.

För att få DNAzymet att komma in i tumörcellerna, författarna använde nanopartiklar - små paket som kan leverera läkemedel och annan molekylär frakt till cellerna - gjorda av mangandioxid med en bikakeliknande struktur. Enligt författarna, denna sammansättning och arkitektur har fördelen att nanopartikeln lätt kan aktiveras av glutation, vilket är en kemikalie som finns i överflöd i tumörceller. En annan fördel är att de frigjorda manganjonerna skulle upprätthålla den autokatalytiska DNAzyme-biokretsen, skriver författarna.

Forskarna betonar att deras självförstärkta bioavbildningssystem kan utvecklas som ett kraftfullt verktyg för att visualisera tumörceller med biomarkörer. Detta är särskilt lovande eftersom många olika miRNA kan riktas selektivt för att undersöka olika cancerformer eller annan celldysfunktion.