(Phys.org) —Purdue University -forskare har utvecklat ett sätt att upptäcka och mäta cancernivåer i en levande cell genom att använda små guldpartiklar med svansar av syntetiskt DNA.

Ett team ledd av Joseph Irudayaraj, professor i jordbruks- och biologisk teknik, använde guldnanopartiklar för att rikta in sig på och binda till fragment av genetiskt material som kallas BRCA1-budbärar-RNA-splitsvarianter, vilket kan indikera förekomst och stadium av bröstcancer. Antalet av dessa mRNA-splitsvarianter i en cell kan bestämmas genom att undersöka den specifika signal som ljus producerar när det interagerar med guldnanopartiklarna.

"Detta är en enkel men sofistikerad teknik som kan användas för att upptäcka cancer i en enda cell och bestämma hur aggressiv den är, " sa Irudayaraj, som också är biträdande chef för Bindley Bioscience Center. "Att kunna kvantifiera dessa genetiska molekyler kan i slutändan hjälpa kliniker att ge bättre och mer individualiserad behandling till cancerpatienter."

Tekniken kan också öka vår förståelse av cellbiologi och banar väg för genetisk profilering och diagnos baserad på en enda cell, Sa Irudayaraj.

BRCA1 är en tumörsuppressorgen som kan omvandla en cell till en cancerform under vissa omständigheter. Att mäta antalet BRCA1-mRNA-skarvvarianter i en cell kan indikera om genen är underuttryckt, ett möjligt tecken på bröstcancer.

Men nuvarande metoder för att upptäcka cancer är beroende av prover som består av hundratals eller tusentals celler och kan inte ge detaljerad information om hur gener knutna till cancer uttrycks i enskilda celler.

Irudayaraj och hans team är de första som upptäcker och kvantifierar BRCA1 -mRNA -skarvvarianter - fragment av genetiskt material som tas bort när mRNA bildas - i en enda cell. Splitsvarianter kan bestämma en cells öde och hur specifika proteiner uttrycks. Fel i skarvningsprocessen har kopplats till en mängd olika sjukdomar.

"Med denna metod, vi kan i princip upptäcka en nål i en höstack - och vi kan avgöra om det finns fem nålar i den höstacken eller om det finns 50, " han sa.

Irudayaraj och hans dåvarande forskarassistent, Kyuwan Lee, vem är den första författaren till studien, anpassade vanliga nanoteknologiska metoder för att ta itu med utmaningen att hitta mRNA-splitsvarianter i en levande cell. De tillverkade guld nanopartiklar - mer än 1, 000 gånger mindre än diametern på ett människohår - och taggade dem med DNA -strängar som kompletterar BRCA1 -mRNA -skarvvarianter.

När det injiceras i en cell, nanopartiklarna fästa vid endera änden av mRNA -skarvvarianter, bildar strukturer som kallas dimerer - var och en "som ett par som håller hand, "Sa Irudayaraj.

Eftersom dimerer avger en unik signal i närvaro av ljus, forskarna kunde mäta antalet dimerer genom att belysa cellen med en enkel ljuskälla. Antalet dimerer motsvarade antalet BRCA1 -mRNA -skarvvarianter i en cell.

Ljus beter sig annorlunda när det lyser på en enda guldpartikel, gör det möjligt för forskarna att skilja mellan dimerer och fritt flytande guldpartiklar.

Forskarna använde två metoder för att kvantifiera dimererna:spektroskopi, som mäter hur ljuset sprids när det möter ett föremål, och en kolorimetrisk bild på vilken dimerer visas som rödaktiga prickar medan enstaka guldpartiklar ser gröna ut.

Tekniken kan kvantifiera mRNA-splitsvarianter i en enda cell på cirka 30 minuter.

Irudayaraj modifierar systemet för att påskynda processen så att det kan användas i vävnadsbiopsier.

"Om vi ​​kan kvantifiera nyckel-mRNA vid en cellupplösning i en vävnadsbiopsi, som kommer att vara mycket kraftfull när det gäller att förfina behandlingsprotokoll för nyckelsjukdomar, " han sa.