Si stima che siano circa 80, 000 prodotti chimici industriali attualmente in uso, in prodotti come abbigliamento, soluzioni detergenti, tappeti, e mobili. Per la stragrande maggioranza di queste sostanze chimiche, gli scienziati hanno poche o nessuna informazione sul loro potenziale di causare il cancro.

Il rilevamento del danno al DNA nelle cellule può prevedere se si svilupperà il cancro, ma i test per questo tipo di danno hanno una sensibilità limitata. Un team di ingegneri biologici del MIT ha ora escogitato un nuovo metodo di screening che secondo loro potrebbe rendere tali test molto più veloci, Più facile, e più preciso.

Il Programma Nazionale di Tossicologia, un'agenzia di ricerca governativa che identifica le sostanze potenzialmente pericolose, sta ora lavorando all'adozione del test del MIT per valutare nuovi composti.

"La mia speranza è che lo usino per identificare potenziali agenti cancerogeni e li eliminiamo dal nostro ambiente, e impedirne la produzione in quantità massicce, "dice Bevin Engelward, professore di ingegneria biologica al MIT e autore senior dello studio. "Ci possono volere decenni tra il tempo in cui sei esposto a un agente cancerogeno e il momento in cui ti viene il cancro, quindi abbiamo davvero bisogno di test predittivi. Dobbiamo prima di tutto prevenire il cancro".

Il laboratorio di Engelward sta ora lavorando per convalidare ulteriormente il test, che fa uso di cellule epatiche umane che metabolizzano le sostanze chimiche in modo molto simile alle cellule epatiche umane reali e producono un segnale distintivo quando si verifica un danno al DNA.

Le Ong, un ex studente laureato del MIT e postdoc, è l'autore principale del documento, che appare oggi sul giornale Ricerca sugli acidi nucleici . Altri autori del documento del MIT includono il postdoc Norah Owiti, studente laureato Yang Su, ex studente laureato Jing Ge, Singapore-MIT Alliance for Research and Technology studente laureato Aoli Xiong, professore di ingegneria elettrica e informatica Jongyoon Han, e professore emerita di ingegneria biologica Leona Samson.

Carol Swartz, Giovanni Inverni, e Leslie Recio di Integrated Laboratory Systems sono anche autori del documento.

Rilevamento del danno al DNA

Attualmente, i test per il potenziale cancerogeno delle sostanze chimiche comportano l'esposizione dei topi alla sostanza chimica e quindi l'attesa di vedere se sviluppano il cancro, che dura circa due anni.

Engelward ha trascorso gran parte della sua carriera a sviluppare modi per rilevare i danni al DNA nelle cellule, che alla fine può portare al cancro. Uno di questi dispositivi, il Comet Chip, rivela il danno al DNA posizionando il DNA in una serie di micropozzetti su una lastra di gel polimerico e quindi esponendolo a un campo elettrico. I filamenti di DNA che sono stati rotti viaggiano più lontano, producendo una coda a forma di cometa.

Mentre il CometChip è bravo a rilevare rotture nel DNA, così come il danno al DNA che viene prontamente convertito in rotture, non può raccogliere un altro tipo di danno noto come lesione voluminosa. Queste lesioni si formano quando le sostanze chimiche si attaccano a un filamento di DNA e distorcono la struttura a doppia elica, interferire con l'espressione genica e la divisione cellulare. Le sostanze chimiche che causano questo tipo di danno includono l'aflatossina, che è prodotto da funghi e può contaminare le arachidi e altre colture, e benzo[a]pirene, che possono formarsi quando il cibo viene cotto ad alte temperature.

Engelward ei suoi studenti hanno deciso di provare ad adattare il CometChip in modo che potesse rilevare questo tipo di danno al DNA. Fare quello, hanno approfittato dei percorsi di riparazione del DNA delle cellule per generare rotture del filamento. Tipicamente, quando una cellula scopre una lesione voluminosa, proverà a ripararlo tagliando la lesione e poi sostituendola con un nuovo pezzo di DNA.

"Se c'è qualcosa impresso sul DNA, devi strappare quel tratto di DNA e poi sostituirlo con DNA fresco. In quel processo di strappo, stai creando una rottura di un filo, "dice Engelward.

Per catturare quei fili spezzati, i ricercatori hanno trattato le cellule con due composti che impediscono loro di sintetizzare nuovo DNA. Ciò interrompe il processo di riparazione e genera DNA a filamento singolo non riparato che il test Comet può rilevare.

I ricercatori volevano anche assicurarsi che il loro test, che si chiama HepaCometChip, rileverebbe sostanze chimiche che diventano pericolose solo dopo essere state modificate nel fegato attraverso un processo chiamato bioattivazione.

"Molte sostanze chimiche in realtà sono inerti finché non vengono metabolizzate dal fegato, "Ngo dice. "Nel fegato ci sono molti enzimi metabolizzanti, che modificano le sostanze chimiche in modo che diventino più facilmente escrete dall'organismo. Ma questo processo a volte produce intermedi che possono rivelarsi più tossici della sostanza chimica originale".

Per rilevare queste sostanze chimiche, i ricercatori hanno dovuto eseguire il test nelle cellule del fegato. Le cellule epatiche umane sono notoriamente difficili da coltivare al di fuori del corpo, ma il team del MIT è stato in grado di incorporare un tipo di cellula simile al fegato chiamata HepaRG, sviluppato da una società in Francia, nella nuova prova. Queste cellule producono molti degli stessi enzimi metabolici che si trovano nelle cellule epatiche umane normali, e come le cellule del fegato umano, they can generate potentially harmful intermediates that create bulky lesions.

Enhanced sensitivity

Per testare il loro nuovo sistema, the researchers first exposed the liver-like cells to UV light, which is known to produce bulky lesions. After verifying that they could detect such lesions, they tested the system with nine chemicals, seven of which are known to lead to single-stranded DNA breaks or bulky lesions, and found that the test could accurately detect all of them.

"Our new method enhances the sensitivity, because it should be able to detect any damage a normal Comet test would detect, and also adds on the layer of the bulky lesions, " Ngo says.

The whole process takes between two days and a week, offering a significantly faster turnaround than studies in mice.

The researchers are now working on further validating the test by comparing its performance with historical data from mouse carcinogenicity studies, with funding from the National Institutes of Health.

They are also working with Integrated Laboratory Systems, a company that performs toxicology testing, to potentially commercialize the technology. Engelward says the HepaCometChip could be useful not only for manufacturers of new chemical products, but also for drug companies, which are required to test new drugs for cancer-causing potential. The new test could offer a much easier and faster way to perform those screens.

"Once it's validated, we hope it will become a recommended test by the FDA, " lei dice.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.