Под руководством физика VCU Джейсона Рида, Ph.D., команда разработала метод, который сочетает в себе процесс, называемый цифровой полимеразной цепной реакцией (dPCR), с высокоскоростной атомно-силовой микроскопией (HSAFM) для создания изображения с таким наноразмерным разрешением, что пользователи могут измерять различия в длинах генов в последовательности ДНК. Эти вариации в длине генов, известные как полиморфизмы, могут быть ключом к точной диагностике многих форм рака и неврологических заболеваний.
Исследование, подробно описывающее метод, было недавно опубликовано в журнале ACS Nano, и исследовательская группа сообщила о своих результатах на ежегодных собраниях Ассоциации молекулярной патологии и Американского общества гематологов. Предыдущее исследование, детализирующее технологию HSAFM, было описано онкологическим центром VCU Massey в 2017 году.
«Технология, необходимая для обнаружения перестройки последовательности ДНК, является дорогой и ограниченной в доступности, однако медицина все больше полагается на предоставляемую ею информацию для точной диагностики и лечения рака и многих других заболеваний», – говорит Джейсон Рид, доктор философии.D., участник программы исследований биологии рака в Онкологическом центре VCU Massey и доцент кафедры физики Гуманитарно-научного колледжа VCU. «Мы разработали систему, которая сочетает в себе рутинный лабораторный процесс с недорогим, но мощным атомным микроскопом, который обеспечивает много преимуществ по сравнению со стандартным секвенированием ДНК для этого приложения за небольшую часть стоимости."
ЦПЦР использует фермент ДНК-полимеразу для экспоненциального клонирования образцов ДНК или РНК для дальнейшего экспериментирования или анализа. Затем образец помещается на атомно-плоскую пластину для проверки с помощью HSAFM, который проводит по образцу чрезвычайно острый микроскопический стилус, похожий на иглу проигрывателя, для получения точных измерений на молекулярном уровне. Этот метод был адаптирован командой Рида для использования оптических лазеров, таких как в DVD-плеере, для обработки образцов в тысячи раз быстрее, чем при обычной атомно-силовой микроскопии.
Затем исследователи разработали компьютерный код для отслеживания длины каждой молекулы ДНК.
Команда утверждает, что каждая реакция цПЦР стоит менее 1 доллара для сканирования с использованием их техники.
Чтобы продемонстрировать клиническую применимость этого процесса, Рид сотрудничал с Амиром Тоором, М.D., гематолог-онколог и участник исследовательской программы развивающей терапии в Massey, и Alden Chesney, M.D., доцент кафедры патологии кафедры патологии Медицинского факультета ВЦУ. Вместе они сравнили методику Рида с текущим стандартным тестом для диагностики полиморфизма длины ДНК в гене FLT3 у пациентов с острым миелоидным лейкозом. Пациенты с этими мутациями обычно имеют более агрессивное заболевание и плохой прогноз по сравнению с пациентами без мутации.
Методика Рида точно выявила мутации гена FLT3 во всех образцах и сопоставила результаты текущего золотого стандарта теста (LeukoStrat® CDx FLT3 Mutation Assay) при измерении длины сегментов гена.
Однако, в отличие от текущего теста, анализ Рида также сообщает о фракции вариантных аллелей (VAF). VAF может показать, унаследована ли мутация, и позволяет обнаруживать мутации, которые потенциально могут быть пропущены текущим тестом.
«Мы решили сосредоточиться на мутациях FLT3, потому что их трудно диагностировать, а возможности стандартного анализа ограничены», – говорит Рид. «Мы планируем продолжить разработку и тестирование этой технологии при других заболеваниях, связанных со структурными мутациями ДНК. Мы надеемся, что это может быть мощным и экономичным инструментом для врачей всего мира при лечении рака и других разрушительных заболеваний, вызванных мутациями ДНК."