Mit der Möglichkeit, Dutzende von Biomarkern gleichzeitig abzubilden, könnte eine neue Methode die Untersuchung von Erkrankungen wie Herzerkrankungen und Krebs revolutionieren.
Derzeit werden viele Krankheiten anhand von Blutuntersuchungen diagnostiziert, bei denen nach einem Biomarker (z. B. einem Protein oder einem anderen kleinen Molekül) oder höchstens nach mehreren Biomarkern desselben Typs gesucht wird.
Die neue Methode, die von Wissenschaftlern des Imperial College London in einer Forschungskooperation mit Oxford Nanopore Technologies (Oxford Nanopore) entwickelt wurde, kann Dutzende Biomarker unterschiedlicher Art gleichzeitig analysieren. Dies würde es Ärzten möglicherweise ermöglichen, mehr Informationen über die Krankheit eines Patienten zu sammeln.
Aktuelle Tests für Herzinsuffizienz suchen beispielsweise nach einigen gängigen Proteinen, um festzustellen, ob die Erkrankung vorliegt. Mit der neuen Methode konnten zusätzlich 40 verschiedene Arten von miRNA-Molekülen nachgewiesen werden, die das Potenzial haben, als neue Klasse von Biomarkern eingesetzt zu werden. Es kann gleichzeitig Proteine, kleine Moleküle wie Neurotransmitter und miRNA aus derselben klinischen Probe untersuchen und so umfassende Daten für eine präzisere Diagnose liefern.
Die Ergebnisse der Verwendung des neuen Tests auf diese Weise mit dem Blut gesunder Teilnehmer im Rahmen einer Proof-of-Concept-Studie wurden in veröffentlicht Natur-Nanotechnologie.
Co-Erstautorin Caroline Koch vom Department of Chemistry am Imperial sagte: „Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, zu einer Herzinsuffizienz zu gelangen, aber unser Test wird hoffentlich eine kostengünstige und schnelle Möglichkeit bieten, dies herauszufinden und als Leitfaden dienen.“ Behandlungsmöglichkeiten. Ein solches Ergebnis ist mit weniger als einem Milliliter Blut möglich. Es ist auch eine sehr anpassungsfähige Methode, sodass durch Änderung der Zielbiomarker die Merkmale von Krankheiten wie Krebs und neurodegenerativen Erkrankungen erkannt werden könnten.“
Co-Erstautor Ben Reilly-O’Donnell vom National Heart and Lung Institute at Imperial fügte hinzu: „Die Möglichkeit, verschiedene Arten von Molekülen gleichzeitig in derselben Probe zu überwachen, bietet einen deutlichen Vorteil gegenüber herkömmlichen Analysemethoden.“ .“
DNA-Barcode
Der Test funktioniert durch Mischen der Blutprobe mit DNA-„Barcodes“. Hierbei handelt es sich um kleine Markierungen aus kurzen DNA-Sequenzen, von denen jede eine einzigartige Sonde kodiert, die an einen anderen Biomarker gebunden werden soll. Sobald die Probe und die Barcodes gemischt wurden, wird die resultierende Lösung in ein kostengünstiges Handgerät injiziert, das zuvor von Oxford Nanopore entwickelt wurde – das Günstling.
Das Oxford Nanopore-Gerät enthält eine Durchflusszelle, die eine Reihe von Nanoporen – sehr kleine Löcher – enthält, die in der Lage sind, die elektrische Signatur jedes DNA-Barcodes zu lesen, der sie passiert. Das komplexe elektrische Signal, das das Gerät erzeugt, wird von einem maschinellen Lernalgorithmus interpretiert, um die Art und Konzentration jedes in der Probe vorhandenen Biomarkers zu identifizieren.
Die für jeden Test verwendeten DNA-Barcodes können auf Bestellung speziell für die Biomarker angefertigt werden, die analysiert werden müssen, um die Krankheit, auf die getestet wird, zu charakterisieren. Durch die Verwendung von DNA-Barcodes entfällt außerdem die Notwendigkeit einer komplexen und zeitaufwändigen Probenvorbereitung, die ebenfalls zu Probenverzerrungen führen kann.
Der leitende Forscher Professor Joshua Edel vom Department of Chemistry am Imperial sagte: „Durch die Zusammenarbeit mit Oxford Nanopore Technologies konnten wir deren bestehende Plattform nutzen und deren Nutzung durch die Hinzufügung von DNA-Barcodes und maschinellem Lernen erneuern.“ die Ergebnisse verstehen.
Der leitende Forscher Dr. Alex Ivanov, ebenfalls von der Fakultät für Chemie am Imperial, fügte hinzu: „Im Prinzip sind wir kurz davor, eine Technologie zu ermöglichen, die für Kliniken geeignet ist, wo wir hoffen, dass sie auf lange Sicht einen Reichtum bringen könnte.“ Bereitstellung individueller Informationen für Patienten mit unterschiedlichen Erkrankungen.
Zukünftige Richtungen
Nachdem gezeigt wurde, dass mit dieser Methode 40 miRNA-Moleküle im Blut gesunder Patienten erfolgreich gemessen werden können, arbeitet das Team nun mit klinischen Proben von Patienten mit Herzinsuffizienz, um die Ergebnisse zu validieren. Regelmäßige Tests wie diese könnten Ärzten auch dabei helfen, ihre individuellen Patienten-Baselines für gängige Blutbiomarker zu ermitteln.
Die Methode kann in zweierlei Hinsicht nützlich sein, um die Diagnose zu beschleunigen: Sie kann nicht nur mehr Biomarker auf einmal messen, sondern auch dabei helfen, neue Biomarker zu finden. Während derzeit nur eine Handvoll Biomarker für die Diagnose von Herzerkrankungen validiert sind, konnte das Team durch die gleichzeitige Messung von 40 interessierenden miRNA-Typen auch erkennen, welche davon relevant sind, und könnte durch weitere Tests validiert werden.
Mehr Informationen:
Nanoporensequenzierung von DNA-Barcode-Sonden für den hochmultiplexten Nachweis von microRNA, Proteinen und kleinen Biomarkern, Natur-Nanotechnologie (2023). DOI: 10.1038/s41565-023-01479-z. www.nature.com/articles/s41565-023-01479-z