Connect with us

Hi, what are you looking for?

Наука и технологии

Новый анализ крови на некодирующую РНК значительно улучшает выявление рака

Новый анализ крови на некодирующую РНК значительно улучшает выявление рака
Новый анализ крови на некодирующую РНК значительно улучшает выявление рака

Рак лучше всего поддается лечению на ранних стадиях, поэтому поиск инновационных и неинвазивных методов ранней диагностики рака имеет решающее значение для борьбы с этим заболеванием. Жидкостная биопсия, требующая простого забора крови, представляет собой новую технологию неинвазивного тестирования на рак с использованием секвенирования ДНК или РНК крови пациента.

Доцент кафедры биомолекулярной инженерии Дэниел Ким и его лаборатория разрабатывают более точные и мощные технологии жидкой биопсии, которые используют сигналы «темной материи» РНК — недостаточно изученной области генома. Новое исследование Кима показывает, что этот генетический материал присутствует в крови людей, больных раком , и его можно идентифицировать для диагностики конкретных типов рака, таких как рак поджелудочной железы, легких, пищевода и других, на ранних стадиях заболевания.

Лаборатория Кима разработала платформу для жидкостной биопсии РНК, которая обнаруживает в крови как кодирующую белок РНК, так и темную материю РНК, и показала, что этот новый подход значительно улучшает эффективность жидкостной биопсии для диагностики рака . Это исследование было опубликовано сегодня в журнале Nature Biomedical Engineering .

Сосредоточьтесь на «темной материи»

В то время как большинство исследователей и компаний используют жидкую биопсию на основе ДНК для диагностики рака, подход Кима уникален тем, что фокусируется на « темной материи » РНК, в частности, на некодирующих и повторяющихся РНК.

Большая часть из трех миллиардов пар оснований ДНК, составляющих геном человека, транскрибируется в РНК, и вся РНК известна под общим названием транскриптом. Наиболее общепризнанной функцией РНК является кодирование белков в организме, но 75% генома человека генерирует некодирующую РНК, которая не кодирует белки.

Значительная часть этих некодирующих РНК происходит из повторяющихся элементов, и эти РНК могут выходить из клетки, из которой они происходят, в кровоток. В крови здорового человека обычно очень мало таких повторяющихся некодирующих РНК. Однако исследования Кима показали , что даже на самых ранних стадиях рака многие из этих повторяющихся РНК выделяются из раковых клеток , что делает их мощными биомаркерами ранней стадии заболевания.

Технология жидкостной биопсии РНК, разработанная лабораторией Кима, направлена ​​на обнаружение рака путем секвенирования «бесклеточной РНК» в крови пациента для проверки наличия как белок-кодирующей, так и повторяющейся некодирующей РНК.

Лаборатория Кима создала платформу для бесклеточного секвенирования и анализа РНК под названием COMPLETE-seq для выявления повторяющихся некодирующих РНК, которые обычно упускаются из виду. После того, как у пациента взята кровь, этот комплексный подход анализирует образец на все аннотированные области транскриптома — десятки тысяч РНК, которые уже хорошо задокументированы — плюс все пять миллионов некодирующих повторяющихся элементов, которые также имеет лаборатория Кима. фокусируется на.

«Если вы посмотрите на эти разные виды рака, каждый из них имеет свой собственный характерный профиль бесклеточной РНК, но многие из этих РНК происходят из миллионов повторяющихся элементов, которые встречаются по всему геному», — сказал Ким.

«Мы обнаружили, что когда мы обучали модели машинного обучения классификации рака, модели работали лучше, когда вы вводили эти повторяющиеся бесклеточные РНК в качестве дополнительных функций. Мы видим более высокую чувствительность с точки зрения обнаружения рака, поэтому мы думаем, что эти повторяющиеся элементы на самом деле предоставляют много богатой информации о внеклеточных РНК, которую люди раньше не искали».

Улучшение тестов

Другие существующие тесты жидкой биопсии не очень чувствительны к раку на ранних стадиях: некоторые тесты пропускают до 75% случаев рака I стадии, когда биологический сигнал низкий из-за небольшого размера опухоли. В статье Кима показано, что включение повторяющейся РНК в их платформу для жидкой биопсии значительно увеличивает биологический сигнал и повышает производительность моделей машинного обучения, призванных идентифицировать рак. Например, использование COMPLETE-seq повысило чувствительность выявления колоректального рака до 91%.

«Ценность нашего исследования заключается в том, что теперь мы продемонстрировали потенциал этих повторяющихся элементов для диагностики заболеваний, поэтому надеемся, что появится большой интерес к использованию повторяющихся РНК для повышения чувствительности этих тестов раннего выявления множественных видов рака». «Сказал Ким.

Результаты исследования показывают, что эту технологию можно использовать для выявления различных типов рака. Первоначально в этом исследовании лаборатория сосредоточила внимание на раке поджелудочной железы, поскольку существует острая клиническая необходимость в раннем выявлении рака поджелудочной железы, поскольку позднее выявление приводит к худшим результатам для пациентов. Также известно, что рак поджелудочной железы вызван мутациями в гене KRAS, который также является предметом исследований лаборатории Кима.

После проверки результатов в отношении рака поджелудочной железы исследователи также изучили множество других видов рака и планируют изучить гораздо больше типов рака с использованием дополнительных образцов на прогрессирующих стадиях рака. Команда заинтересована в сотрудничестве с врачами и компаниями для достижения этой цели.

Цель Кима — разработать тест жидкой биопсии РНК для раннего выявления множественных видов рака, используя богатую информацию о повторяющихся РНК для выявления и диагностики заболеваний с высокой чувствительностью и специфичностью. Ким надеется, что его платформа не только диагностирует рак на самых ранних стадиях, но и поможет разработать индивидуальную и точную стратегию лечения, когда рак поддается лечению.

Более того, его тест может помочь выявить рецидив рака, а также использоваться для изучения старения и диагностики других типов заболеваний, которые изменяют ландшафт повторяющихся РНК, таких как болезнь Альцгеймера. Недавно он прочитал лекцию UCSC Kraw на тему «Точное здоровье для всех с помощью РНК», в которой изложил свое видение раннего выявления и точного лечения заболеваний с использованием РНК.

Исследователи также использовали секвенирование нанопор для чтения бесклеточных РНК, плавающих в крови, что позволило им генерировать длинные чтения и определять истинную длину этих бесклеточных РНК. Ким считает, что его лаборатория является первой, кто применил секвенирование нанопор, метод, впервые разработанный в Калифорнийском университете в Санта-Крус, для жидкостной биопсии РНК для диагностики рака и определения полной длины этих бесклеточных РНК.

Секвенирование нанопор можно проводить с помощью портативного устройства MinION, разработанного Oxford Nanopore Technologies. Это открывает перспективы для проведения скрининга рака в отдаленных районах или странах с ограниченными ресурсами, где более крупные и дорогие секвенаторы недоступны.

«Это исследование было бы невозможно без сильной поддержки Американского онкологического общества и всех его щедрых доноров, руководства, сотрудников и волонтеров, а также всей тяжелой работы моего аспиранта Романа Реджардо ( Сотрудник NIH F99/K00, который сейчас работает в лаборатории исследователя HHMI Говарда Чанга в Стэнфордском университете), а также всех членов и сотрудников нашей лаборатории Кима», — сказал Ким.

Помимо своей роли доцента в Инженерной школе Баскина, связанной с Институтом биологии стволовых клеток, Институтом геномики и Центром молекулярной биологии РНК в Калифорнийском университете в Санта-Крус, Ким также является ассоциированным членом Канарский центр раннего выявления рака в Стэнфорде и научный сотрудник Американского онкологического общества.

Теги: кровь

В тренде