Nanoestrellas de oro plateadas detectan biomarcadores tempranos de cáncer
Una vista de cerca de un puñado de nanoestrellas utilizadas para crear un nuevo tipo de diagnóstico de cáncer. Crédito: Universidad de Duke
Ingenieros biomédicos de la Universidad de Duke han diseñado un método para detectar simultáneamente la presencia de múltiples microARN específicos en el ARN extraído de muestras de tejido sin necesidad de etiquetado o amplificación del objetivo. La técnica podría usarse para identificar biomarcadores tempranos de cáncer y otras enfermedades sin la necesidad de los procesos elaborados, costosos y que consumen mucho tiempo y el equipo de laboratorio especial que requieren las tecnologías actuales.
Los resultados aparecieron en línea el 4 de mayo en la revista Analyst.
«El enfoque general de la investigación en mi laboratorio ha sido la detección temprana de enfermedades en las personas antes de que se den cuenta de que están enfermas». dijo Tuan Vo-Dinh, director del Instituto Fitzpatrick de Fotónica y Profesor Distinguido R. Eugene y Susie E. Goodson de Ingeniería Biomédica en Duke. «Y para hacer eso, debe poder avanzar, a nivel genómico, para observar biomarcadores como el microARN».
Los microARN son moléculas cortas de ARN que se unen al ARN mensajero y evitan que se entreguen. sus instrucciones a las máquinas productoras de proteínas del cuerpo. Esto podría silenciar efectivamente ciertas secciones de ADN o regular la expresión génica, alterando así el comportamiento de ciertas funciones biológicas. Se han descubierto más de 2000 microARN en humanos que afectan el desarrollo, la diferenciación, el crecimiento y el metabolismo.
A medida que los investigadores han descubierto y aprendido más sobre estos diminutos paquetes genéticos, muchos microARN se han relacionado con la mala regulación de las funciones biológicas. , resultando en enfermedades que van desde tumores cerebrales hasta el Alzheimer. Estos descubrimientos han llevado a un creciente interés en el uso de microARN como biomarcadores de enfermedades y dianas terapéuticas. Debido a las cantidades muy pequeñas de miARN presentes en las muestras corporales, los métodos tradicionales para estudiarlos requieren procesos de amplificación genética como la PCR de transcripción inversa cuantitativa (qRT-PCR) y la secuenciación de ARN.
Si bien estas tecnologías funcionan admirablemente en laboratorios bien equipados y estudios de investigación que pueden llevar meses o años, no son tan adecuados para obtener resultados de diagnóstico rápidos en la clínica o en el campo. Para tratar de cerrar esta brecha en la aplicabilidad, Vo-Dinh y sus colegas están recurriendo a nanoestrellas de oro plateadas.
«Las nanoestrellas de oro tienen múltiples picos que pueden actuar como pararrayos para mejorar las ondas electromagnéticas, lo cual es una característica única de la forma de la partícula», dijo Vo-Dinh, quien también ocupa un puesto en la facultad de química de Duke. «Nuestros diminutos nanosensores, llamados ‘centinelas moleculares inversos’, aprovechan esta capacidad para crear señales claras de la presencia de múltiples microARN».
En el nuevo esquema de diagnóstico, una molécula marcadora (esfera naranja) se mantiene alejada de una nanoestrella por un espaciador de ARN (azul). Cuando la secuencia de ARN coincidente está presente, se quita el espaciador, lo que hace que la atadura de ADN (naranja) se enrolle, acercando la molécula marcadora a la nanoestrella. El gráfico de la derecha muestra el pico de señal causado por la emisión de luz amplificada resultante. Crédito: Tuan Vo-Dinh, Universidad de Duke
Si bien el nombre es un bocado, la idea básica del diseño del nanosensor es lograr que una molécula marcadora se mueva muy cerca de los picos de la estrella cuando se reconoce un tramo específico de ARN objetivo y se capturado. Cuando se hace brillar un láser sobre el sensor activado, el efecto de pararrayos de las puntas de las nanoestrellas hace que la molécula de la etiqueta brille de forma extremadamente intensa, lo que indica la captura del ARN objetivo.
Los investigadores activaron este activador atando una molécula de etiqueta a uno de los puntos de la nanoestrella con un tramo de ADN. Aunque está diseñado para enrollarse sobre sí mismo en un bucle, el ADN se mantiene abierto mediante un «espaciador» de ARN que está diseñado para unirse con el microARN objetivo que se está analizando. Cuando llega ese microARN, se adhiere al espaciador y lo elimina, lo que permite que el ADN se enrolle sobre sí mismo en un bucle y ponga la molécula etiquetada en estrecho contacto con la nanoestrella.
Bajo excitación láser, esa etiqueta emite una luz llamada señal Raman, que generalmente es muy débil. Pero la forma de las nanoestrellas y un efecto de acoplamiento de reacciones separadas causadas por las nanoestrellas de oro y el revestimiento de plata amplifican las señales Raman varios millones de veces, haciéndolas más fáciles de detectar.
«Las señales Raman de las moléculas etiquetadas exhiben picos agudos con colores muy específicos, como huellas dactilares espectrales, que hacen que se distingan fácilmente entre sí cuando se detectan», dijo Vo-Dinh. «Por lo tanto, podemos diseñar diferentes sensores para diferentes microARN en nanoestrellas, cada uno con moléculas etiquetadas que muestren sus propias huellas digitales espectrales específicas. Y debido a que la señal es tan fuerte, podemos detectar cada una de estas huellas digitales de forma independiente».
En este estudio clínico, Vo-Dinh y este equipo colaboraron con Katherine Garman, profesora asociada de medicina, y colegas del Duke Cancer Institute para usar la nueva plataforma de nanosensores para demostrar que pueden detectar miR-21, un microARN asociado a estadios muy tempranos de cáncer de esófago, así como otros métodos más elaborados de última generación. En este caso, el uso de miR-21 solo es suficiente para distinguir muestras de tejido sano de muestras cancerosas. Sin embargo, para otras enfermedades, podría ser necesario detectar varios otros microARN para obtener un diagnóstico confiable, que es exactamente la razón por la que los investigadores están tan entusiasmados con la aplicabilidad general de sus nanobiosensores centinela moleculares inversos.
«Por lo general tres o cuatro biomarcadores genéticos podrían ser suficientes para obtener un buen diagnóstico, y estos tipos de biomarcadores pueden identificar inequívocamente cada enfermedad», dijo Vo-Dinh. «Es por eso que nos alienta la fuerza de la señal que crean nuestras nanoestrellas sin la necesidad de amplificar el objetivo que consume mucho tiempo. Nuestro método podría proporcionar una alternativa de diagnóstico a la histopatología y la PCR, simplificando así el proceso de prueba para el diagnóstico del cáncer». /p>
Durante más de tres años, Vo-Dinh ha trabajado con sus colegas y la Oficina de Licencias y Empresas de Duke para patentar sus biosensores basados en nanoestrellas. Con esa patente otorgada recientemente, los investigadores están emocionados de comenzar a probar los límites de las capacidades de su tecnología y explorar las posibilidades de transferencia de tecnología con el sector privado.
«Luego de estos resultados alentadores, ahora estamos muy emocionados de aplicar este tecnología para detectar el cáncer de colon directamente a partir de muestras de sangre en un nuevo proyecto financiado por los NIH», dijo Vo-Dinh. «Es muy difícil detectar biomarcadores tempranos de cáncer directamente en la sangre antes de que se forme un tumor, pero tenemos grandes esperanzas».
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MicroRNA: El material genético ‘basura’ con un enorme potencial para combatir el cáncer y la demencia en muestras clínicas, The Analyst (2020). DOI: 10.1039/D0AN00193G Información del diario: Analista
Proporcionado por la Universidad de Duke Cita: Nanoestrellas de oro chapadas en plata detectan biomarcadores tempranos de cáncer (21 de julio de 2020) consultado el 31 Agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-07-silver-plated-gold-nanostars-early-cancer.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.