På senare år har en icke-invasiv biopsimetod som kallas flytande biopsi har visat sig lovande som ett potentiellt alternativ till vävnadsbiopsi, för närvarande guldstandarden för upptäckt och diagnos av cancer. Ett vävnadsbiopsiprov – traditionellt insamlat genom ett kirurgiskt ingrepp som kan kräva generell anestesi, åtföljd av risken för komplikationer som kan uppstå från en operation, från smärta till infektion och lunginflammation – testas vanligtvis för specifika genetiska variationer, kallas även mutationer, som kan ge information om en tydlig optimal behandling för den cancern.

Flytande biopsier, å andra sidan, identifiera närvaron av tumör-DNA-fragment eller celler som cirkulerar i kroppsvätskor som blod, urin eller saliv – kallat cirkulerande tumör-DNA (ctDNA) – och skonar patienter från onödig skada. Tyvärr, den minimala mängden ctDNA i kroppsvätskor och deras kortlivade natur förblir en utmaning för verkliga tillämpningar.

Men bioteknikforskare vid Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT) har utvecklat en nanoporteknik som, i laboratorietester, har visat potential att erbjuda en kraftfull, snabbt och enkelt verktyg för mutationsdetektering.

Resultaten publicerades den 9 augusti, 2020, i den peer-reviewade tidskriften Små metoder .

Nanopore mätningar, en tredje generationens genetiska sekvenseringsteknologi, passerar en DNA-molekyl genom ett hål i nanoskala, eller "por". När den passerar poren, DNA-nukleotidbaserna (adenin [A], cytosin [C], guanin [G], eller tymin [T]) orsakar förändringar i elektrisk laddning som är specifika för var och en av dessa baser och som kan katalogiseras, ungefär som att passera sand genom en serie siktar. Nanopore tech kan också känna av translokationen, eller utbyte av genetiskt material, av korta DNA-strängar via en blockering av den elektriska strömmen när poren är öppen. I båda fallen, andra generationens mätningskörtider varar allt från 4-9 dagar. Men nanopormätningar sker i realtid.

Den snabba och billiga nanopore-tekniken används ofta för sekvensering av hela genomet, men dess användning för ctDNA-analys är fortfarande underutvecklad. Nanopore-sekvensering är skicklig på långa läslängder (> 10, 000-50, 000 nt). Sekvensering av ctDNA (~150 bp) kräver bearbetning i ett tidigare skede som att ge flera kopior av det ursprungliga ctDNA för att sträcka ut mål. Medan försök till tillvägagångssätt med nanopore-teknik för direkt ctDNA-detektion har gjorts, och kan känna igen närvaron eller frånvaron av en enskild genetisk mutation, än så länge, de har inte kunnat känna igen läget för denna mutation.

TUAT-metoden, baserat på statistisk analys av hur lång tid det tar för den genetiska koden att packa upp, och blockering av strömmen, så att både närvaron och positionen av en mutation kan identifieras. Det har hittills bara använts på korta remsor av genetiskt material, eller oligonukleotider, inte i verkliga flytande biopsier.

"Detta är fortfarande på proof-of-concept-stadiet, men det är spännande inte bara för att det kan tillåta tidigare upptäckt, " sa Ryuji Kawano, en av de två ingenjörer som ansvarar för att ta fram den nya metoden, "men tekniken kan användas för att bedöma graden av metastasering [cancertillväxt] till hur väl läkemedel mot cancer fungerar."

Forskarna hoppas nu kunna arbeta med medicinska institutioner för att verifiera och katalogisera platsen för mutationer i ctDNA från många olika cancerformer för att utveckla denna metod som en enkel diagnostisk metod för ett brett spektrum av förekomster av sjukdomen.