Una collaborazione tra l'Università dell'Illinois e la Mayo ha dimostrato una nuova tecnica di analisi dell'espressione genica in grado di misurare con precisione i livelli di RNA in modo rapido e diretto da un campione di tessuto canceroso preservando le informazioni spaziali attraverso il tessuto, cosa che i metodi convenzionali non possono fare. La tecnica di espressione genica del team è descritta in un articolo pubblicato nell'edizione online di Comunicazioni sulla natura .

Secondo il professore di bioingegneria dell'Illinois Rashid Bashir, i metodi di espressione genica esistenti hanno dei limiti. "Sono ingombranti e lenti, impiegando ore o anche molti giorni per eseguire l'analisi su un solo campione di tessuto, "disse Bashir, co-responsabile del gruppo di ricerca, che è un Distinguished Professor di Bioingegneria di Grainger e il preside associato esecutivo del Carle Illinois College of Medicine. "La nostra tecnica esegue l'intera analisi sulla fetta di tessuto in due ore o meno".

I metodi esistenti possono misurare proteine, che sono prodotti dopo che le informazioni o le istruzioni genetiche sono fluite dal DNA e dall'RNA. Questi metodi di misurazione delle proteine ​​sono complicati e richiedono anticorpi che non esistono per determinate proteine.

"Il nostro metodo può rilevare l'espressione dell'RNA messaggero, che può fornire ulteriori informazioni oltre alla semplice concentrazione proteica finale, " disse Bashir.

Lo strumento di espressione genica spaziale pixelata può analizzare un intero campione di tessuto e identificare le cellule tumorali in un processo che richiede meno di due ore.

Lo strumento di espressione genica spaziale pixelata può analizzare un intero campione di tessuto e identificare le cellule tumorali in un processo che richiede meno di due ore.

Il team di ricerca co-capo Dr. Farhad Kosari, un assistente professore di biochimica e biologia molecolare presso la Mayo Clinic, immagina che la loro nuova tecnica potrebbe un giorno essere utilizzata nei laboratori di ricerca e in clinica. "Se stavi studiando i microambienti tumorali, vorresti sapere quali geni sono espressi in una posizione specifica del tumore, " ha detto Kosari. "Questa capacità di osservare l'espressione localizzata dei geni è attualmente ottenuta con l'ibridazione in situ a fluorescenza (FISH), ma la nostra tecnica è molto più veloce e quantitativa".

Inoltre, l'RNA messaggero (mRNA) eliciterà informazioni genetiche più accurate. "Quando si analizzano modelli animali e xenotrapianti, ci può essere reattività crociata dell'anticorpo bersaglio con l'antigene ospite che porta a segnali falsi positivi ed errori nell'analisi, ", ha affermato Anurup Ganguli, studente di dottorato in Bioingegneria dell'Illinois, il primo autore dello studio.

Il team ha creato un chip di silicio delle dimensioni di un'unghia che contiene una matrice di oltre 5, 000 pozzi piramidali con bordi affilati come rasoi. Quando un campione di tessuto canceroso delle dimensioni di un centimetro viene posizionato sul chip, viene automaticamente tagliato in centinaia o migliaia di piccoli pezzi che vengono analizzati in parallelo utilizzando una tecnologia esistente nota come amplificazione isotermica mediata da loop (LAMP).

Secondo Ganguli, una volta che il tessuto viene tagliato e posizionato nei pozzetti sottostanti sul microchip, migliaia di reazioni LAMP di volume di picolitri indipendenti vengono eseguite in ciascun pozzetto direttamente dal tessuto senza la necessità di alcuna purificazione dell'analita.

"La microdissezione a cattura laser (LCM) seguita da purificazione e amplificazione a valle è stata utilizzata in passato per esaminare regioni specifiche di campioni di tessuto macchiato e analizzare l'eterogeneità all'interno del campione, " ha detto Kosari. "La nostra tecnica è simile a eseguire più di 5, 000 passaggi LCM con l'amplificazione a valle in un unico passaggio su un microchip."

Ganguli ha dimostrato la nuova tecnica utilizzando xenotrapianti di tessuto prostatico umano congelato coltivato in topi. In meno di due ore, è stato in grado di amplificare e analizzare l'mRNA di TOP2A, un enzima nucleare e noto marcatore dell'aggressività del cancro alla prostata.

"Il nostro approccio pixela l'intero campione di tessuto e può identificare quelle pochissime cellule che potrebbero essere cancerose, " ha detto Bashir. "Non esiste alcuna tecnica in atto che porti il ​​tessuto grezzo all'amplificazione dell'acido nucleico mantenendo le informazioni spaziali preservate".

La nuova tecnica potrebbe essere utile un giorno anche per aiutare medici e patologi a determinare i margini del tumore, che potrebbe migliorare l'esito degli interventi chirurgici contro il cancro.

Il team continua a lavorare sulla tecnica di espressione genica e mira a utilizzarla per mappare le mutazioni genetiche per i tumori del polmone e della mammella, oltre al cancro alla prostata. Stanno anche lavorando per ridurre le dimensioni dei pozzetti sul chip al di sotto degli attuali 100 x 100 micron. Questa modifica consentirà di esaminare singole celle a una risoluzione più elevata.