Med förmågan att kartlägga dussintals biomarkörer samtidigt, kan en ny metod förändra tester för tillstånd inklusive hjärtsjukdomar och cancer.
För närvarande diagnostiseras många sjukdomar från blodprov som letar efter en biomarkör (som ett protein eller en annan liten molekyl) eller som mest ett par biomarkörer av samma typ.
Den nya metoden, utvecklad av forskare vid Imperial College London i ett forskningssamarbete med Oxford Nanopore Technologies (Oxford Nanopore), kan analysera dussintals biomarkörer av olika typer samtidigt. Detta skulle potentiellt göra det möjligt för läkare att samla in mer information om en patients sjukdom.
Till exempel letar nuvarande tester för hjärtsvikt efter ett par vanliga proteiner för att avgöra om tillståndet är närvarande. Den nya metoden kunde dessutom detektera 40 olika typer av miRNA-molekyler, som har potential att användas som en ny klass av biomarkörer. Den kan samtidigt undersöka proteiner, små molekyler som neurotransmittorer och miRNA från samma kliniska prov, vilket ger omfattande data för en mer exakt diagnos.
Resultaten av att använda det nya testet på detta sätt med blodet från friska deltagare, för en proof-of-concept-studie, har publicerats i Nature Nanotechnology .
Medförfattaren Caroline Koch, från Institutionen för kemi vid Imperial, sa:"Det finns många olika sätt du kan komma fram till hjärtsvikt, men vårt test kommer förhoppningsvis att ge ett billigt och snabbt sätt att ta reda på detta och hjälpa till att vägleda Den här typen av resultat är möjlig med mindre än en milliliter blod. Det är också en mycket anpassningsbar metod så att den kan användas för att upptäcka egenskaperna hos sjukdomar, inklusive cancer och neurodegenerativa tillstånd.>
Medförstaförfattaren Ben Reilly-O'Donnell, från National Heart and Lung Institute i Imperial, tillade:"Förmågan att övervaka olika typer av molekyler samtidigt, i samma prov, erbjuder en distinkt fördel jämfört med traditionella analysmetoder ."
DNA-streckkodning
Testet fungerar genom att blanda blodprovet med DNA-streckkoder. Dessa är små taggar gjorda av korta DNA-sekvenser, som var och en kodar för en unik sond designad för att fästa till en annan biomarkör. När provet och streckkoderna har blandats injiceras den resulterande lösningen i en billig handhållen enhet som tidigare utvecklats av Oxford Nanopore – MinION.
Oxford Nanopore-enheten innehåller en flödescell som innehåller en rad nanoporer - mycket små hål - som kan läsa den elektriska signaturen från varje DNA-streckkod som passerar genom dem. Den komplexa elektriska signal som enheten producerar tolkas av en maskininlärningsalgoritm för att identifiera typen och koncentrationen av varje biomarkör som finns i provet.
DNA-streckkoderna som används för varje test kan göras på beställning, specifikt för de biomarkörer som behöver analyseras för att karakterisera sjukdomen som testas för. Att använda DNA-streckkoder tar också bort behovet av komplexa och tidskrävande provberedning, vilket också kan införa provbias.
Ledande forskare professor Joshua Edel, från Institutionen för kemi vid Imperial, sa:"När vi arbetar med Oxford Nanopore Technologies har vi kunnat ta deras befintliga plattform och förnya hur den kan användas, med tillägg av DNA-streckkoder och maskininlärning för att förstå resultaten."
Den ledande forskaren Dr. Alex Ivanov, även han från Institutionen för kemi vid Imperial, tillade:"I princip är vi nära att möjliggöra en teknologi som är lämplig för kliniker, där vi i det långa loppet hoppas att den kan ge en rikedom av individualiserad information för patienter med en rad olika tillstånd."
Efter att ha visat att denna metod framgångsrikt kan mäta 40 miRNA-molekyler i friskt patientblod, arbetar teamet nu med kliniska prover från hjärtsviktspatienter för att validera resultaten. Regelbundna tester som detta kan också hjälpa läkare att fastställa sina individuella patientbaser för vanliga blodbiomarkörer.
Metoden kan vara användbar för att påskynda diagnosen på två sätt:förutom att mäta fler biomarkörer på en gång, kan den också hjälpa till att hitta nya biomarkörer. Medan för närvarande bara en handfull biomarkörer är validerade för att diagnostisera hjärtsjukdomar, genom att mäta 40 miRNA-typer av intresse samtidigt, kunde teamet också se vilka av dessa som är relevanta och kan valideras med fler tester.
Mer information: Nanopore-sekvensering av DNA-streckkodade prober för mycket multiplexerad detektion av mikroRNA, proteiner och små biomarkörer, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01479-z. www.nature.com/articles/s41565-023-01479-z
Journalinformation: Nanoteknik
Tillhandahålls av Imperial College London
