Bir beyin tümörünü teşhis etmenin tek yolu, mikroskop altında incelenmek üzere az miktarda tümör dokusunu çıkarmak için ameliyatı içeren bir doku biyopsisi almaktır. Bu da invaziv ve hasta için oldukça rahatsız edici bir durum.
Japonya’daki Nagoya Üniversitesinden bir grup araştırmacı, yaygın bir beyin tümörü türü olan gliomanın varlığını gösteren, DNA mutasyonları için idrarı analiz eden bir sıvı biyopsi yöntemi geliştirdi. Beyin tümörünün varlığına işaret eden mutasyonları tespit eden bu yöntem sayesinde, bir gün invaziv doku biyopsileri artık gerekli olmayabilir.
Gliomalar, sinir hücrelerini veya nöronları çevreleyen ve destekleyen beynin glial hücrelerinden kaynaklanır. Tüm beyin tümörlerinin yaklaşık üçte birini oluştururlar.
Araştırmacılar bir “yakala ve bırak” yöntemi kullandılar. İlk olarak, “yakalama aşamasında” çinko oksit (ZnO) nanotelleri idrar örneğinden cfDNA’yı yakaladılar. ZnO seçildi çünkü yüzeyi daha sonra cfDNA ile hidrojen bağları oluşturan su moleküllerini tutuyor. Ardından, “serbest bırakma” sırasında, bağlı cfDNA yıkanır ve analiz ettiler. Araştırmacıların cfDNA’da aradıkları şey, gliomalarda bulunan karakteristik bir genetik mutasyon olan IDH1’in bir mutasyonuydu.
Ameliyattan önce kötü huylu beyin tümörü olan 12 hastadan alınan idrar örneklerini test etmek için yeni tekniklerini kullanan araştırmacılar, nanotel cihazlarının cfDNA’yı idrardan etkili bir şekilde izole ettiğini ve sadece çok az miktarda idrar kullanarak IDH1 mutasyonlarını saptadığını buldular.
Araştırmacılar, nanotel algılama yönteminin erken kanser teşhisi yapmak için kullanılabileceğini ve yöntemin diğer tümör türlerini test etmek için uyarlanabileceğini belirttiler.
Mutation detection of urinary cell-free DNA via catch-and-release isolation on nanowires for liquid biopsy
Cell-free DNA (cfDNA) and extracellular vesicles (EVs) are molecular biomarkers in liquid biopsies that can be applied for cancer detection, which are known to carry information on the necessary conditions for oncogenesis and cancer cell-specific activities after oncogenesis, respectively. Analyses for both cfDNA and EVs from the same body fluid can provide insights into screening and identifying the molecular subtypes of cancer; however, a major bottleneck is the lack of efficient and standardized techniques for the isolation of cfDNA and EVs from clinical specimens. Here, we achieved catch-and-release isolation by hydrogen bond-mediated binding of cfDNA in urine to zinc oxide (ZnO) nanowires, which also capture EVs by surface charge, and subsequently we identified genetic mutations in urinary cfDNA. The binding strength of hydrogen bonds between single-crystal ZnO nanowires and DNA was found to be equal to or larger than that of conventional hydrophobic interactions, suggesting the possibility of isolating trace amounts of cfDNA. Our results demonstrated that nanowire-based cancer screening assay can screen cancer and can identify the molecular subtypes of cancer in urine from brain tumor patients through EV analysis and cfDNA mutation analysis. We anticipate our method to be a starting point for more sophisticated diagnostic models of cancer screening and identification.
