I medici utilizzano sempre più le firme genetiche per diagnosticare malattie e determinare il miglior corso di cura, ma l'uso del sequenziamento del DNA e di altre tecniche per rilevare i riarrangiamenti genomici rimane costoso o limitato nelle capacità. Però, una svolta innovativa sviluppata dai ricercatori del Massey Cancer Center della Virginia Commonwealth University e del Dipartimento di Fisica VCU promette di diagnosticare le mutazioni del riarrangiamento del DNA a una frazione del costo con una maggiore precisione.

Guidato dal fisico VCU Jason Reed, dottorato di ricerca, il team ha sviluppato una tecnica che combina un processo chiamato reazione a catena della polimerasi digitale (dPCR) con la microscopia a forza atomica ad alta velocità (HSAFM) per creare un'immagine con una risoluzione così nanometrica che gli utenti possono misurare le differenze nelle lunghezze dei geni in una sequenza di DNA. Queste variazioni nella lunghezza del gene, noti come polimorfismi, può essere la chiave per diagnosticare con precisione molte forme di cancro e malattie neurologiche.

Uno studio che descrive in dettaglio il metodo è stato recentemente pubblicato sulla rivista ACS Nano , e il team di ricerca ha riportato i loro risultati agli incontri annuali per l'Associazione di Patologia Molecolare e l'American Society of Hematology. La ricerca precedente che descriveva in dettaglio la tecnologia HSAFM è stata descritta dal VCU Massey Cancer Center nel 2017.

"La tecnologia necessaria per rilevare i riarrangiamenti della sequenza del DNA è costosa e di disponibilità limitata, eppure la medicina si affida sempre più alle informazioni che fornisce per diagnosticare e curare con precisione i tumori e molte altre malattie, "dice Jason Reed, dottorato di ricerca, membro del programma di ricerca Cancer Biology presso il VCU Massey Cancer Center e professore associato presso il Dipartimento di Fisica del VCU College of Humanities and Sciences. "Abbiamo sviluppato un sistema che combina un processo di laboratorio di routine con un microscopio atomico economico ma potente che offre molti vantaggi rispetto al sequenziamento standard del DNA per questa applicazione, ad una frazione del costo."

La dPCR utilizza l'enzima DNA polimerasi per clonare esponenzialmente campioni di DNA o RNA per ulteriori sperimentazioni o analisi. Il campione viene quindi posto su una piastra atomicamente piana per l'ispezione utilizzando HSAFM, che trascina uno stilo microscopico estremamente affilato simile all'ago di un giradischi attraverso il campione per creare misurazioni precise a livello molecolare. La tecnica è stata adattata dal team di Reed per utilizzare laser ottici, come quelli di un lettore DVD, per elaborare campioni a una velocità migliaia di volte più veloce della tipica microscopia a forza atomica. I ricercatori hanno quindi sviluppato un codice informatico per tracciare la lunghezza di ciascuna molecola di DNA.

Il team afferma che ogni reazione dPCR costa meno di $ 1 per la scansione utilizzando la loro tecnica.

Per dimostrare l'utilità clinica del processo, Reed ha collaborato con Amir Toor, M.D., ematologo-oncologo e membro del programma di ricerca Developmental Therapeutics a Massey, e Alden Chesney, M.D., professore associato di patologia presso il Dipartimento di Patologia della VCU School of Medicine. Insieme, hanno confrontato la tecnica di Reed con l'attuale test standard per diagnosticare i polimorfismi della lunghezza del DNA nel gene FLT3 in pazienti con leucemia mieloide acuta. I pazienti con queste mutazioni in genere hanno una malattia più aggressiva e una prognosi infausta rispetto ai pazienti senza la mutazione.

La tecnica di Reed ha identificato con precisione le mutazioni del gene FLT3 in tutti i campioni e ha abbinato i risultati dell'attuale test gold standard (LeukoStrat CDx FLT3 Mutation Assay) nella misurazione delle lunghezze dei segmenti genici. Però, a differenza del test attuale, L'analisi di Reed riporta anche la frazione allelica variante (VAF). Il VAF può mostrare se la mutazione è ereditata e consente il rilevamento di mutazioni che potrebbero essere ignorate dal test corrente.

"Abbiamo scelto di concentrarci sulle mutazioni FLT3 perché sono difficili da diagnosticare, e il test standard ha capacità limitate, " dice Reed. "Abbiamo in programma di continuare a sviluppare e testare questa tecnologia in altre malattie che coinvolgono mutazioni strutturali del DNA. Speriamo che possa essere uno strumento potente ed economico per i medici di tutto il mondo che curano il cancro e altre malattie devastanti causate da mutazioni del DNA".