Das unsichtbare sichtbar machen: Neue Methode öffnet unerforschte Bereiche für flüssige Biopsien

Die fortschreitende Technik ermöglicht es immer mehr Wissenschaftler auf die Suche nach winzigen Anzeichen von Krebs und andere gesundheitliche Probleme, die in den Proben der Patienten (Blut und Urin. Diese „flüssige Biopsien“ sind weniger invasiv als eine herkömmliche Biopsie, und kann Informationen darüber liefern, was passiert im ganzen Körper statt nur auf einer einzigen Website.

Jetzt Forscher an der Universität von Michigan Rogel Cancer Center haben eine neue Methode entwickelt, die für das anheben der genetischen Fingerabdrücke von winzigen Fragmenten der RNA-gefunden im Blutplasma, die unsichtbar sind, zu den traditionellen Methoden der RNA-Sequenzierung.

Diese messenger-RNAs und lange, nicht-kodierende RNAs, können wichtige Anhaltspunkte über die Aktivität der Gene im ganzen Körper-einschließlich der Gene, die aktiv sind in bestimmten Organen oder im Zusammenhang mit bestimmten Krankheiten, wie Krebs-und somit als mögliche Biomarker für eine Vielzahl von Bedingungen.

„Wir glauben, dass es eine Vielzahl von möglichen klinischen Anwendungen“, sagt Muneesh Tewari, M. D., Ph. D., professor der innerer Medizin an der U-M Medical School, und von biomedical engineering, einer gemeinsamen Abteilung der Medizinischen Schule und College of Engineering. „Zum Beispiel bei Krebs, wir freuen uns über die Anwendung dieses Ansatzes, um zu versuchen zu erkennen, die ersten Anzeichen von Autoimmun-Nebenwirkungen von Immuntherapien. Es gibt auch das Potenzial für die Früherkennung von Krebs, weil es lange nicht-kodierende RNAs, die ziemlich spezifisch für bestimmte Krebsarten.“

Tewari ist der senior-Autor der Studie veröffentlicht 3. Mai in das EMBO Journal , das beschreibt die neue Methode und zeigt seine Wirksamkeit in einer Studie der Knochenmark-Transplantation Patienten.

Von der Idee bis zum proof-of-concept

Die Forschung-das war der Leitung von Postdoc-Stipendiaten Maria Giraldez, M. D., Ph. D., jetzt ein Mitglied der Fakultät am Institut für Biomedizin von Sevilla in Spanien, und Ryan Spengler, Ph. D. — ist der Höhepunkt von mehr als einem Jahrzehnt der Arbeit.

Im Jahr 2008, Tewari, wer war dann am Fred Hutchinson Cancer Research Center in Seattle, Washington, und seine Kollegen veröffentlichten ein Papier beschreibt einen Durchbruch für die Entdeckung der microRNAs von Tumoren im Blutplasma.

Die Methode Manko war jedoch, dass es war nicht in der Lage zu erkennen, weiter verbreitet und in der organ-spezifischen Typen von RNA, die oft in fragmentarischer form.

„Die wirkliche innovation in dieser neuen Studie war die Erkenntnis, dass diese anderen Typen von RNA wurden ausgelassen, denn Sie hatten einfache, aber entscheidende Unterschiede, die Sie daran hinderte, zeigt sich in der Blut-plasma-Sequenzierung Ergebnisse“, Tewari erklärt. „Wir verwendeten ein Enzym, um maßgeschneiderte die enden dieser Fragmente, so dass Sie würde zeigen, bis in der Sequenzierung. Und dass die relativ einfachen Schritt offenbart, dass, ja, es gibt Tausende von diesen zusätzlichen gen-Transkripte in den Blutkreislauf.“

Der zweite wichtige Teil des Puzzles war die Entwicklung einer Methode für die zuverlässige Sortierung durch die Flut von Sequenzierungs-Daten herausfiltern Fehlalarme und sorgen für ein genaues Ergebnis-was die Wissenschaftler nennen eine „hohe Stringenz bioinformatische Analyse-pipeline.“

„Wir mussten herausfinden, wie Sie separate signal-Rauschen-wie zu entfernen bits irrelevant genetische material von bakteriellen und viralen RNAs sowie von unserem eigenen Genom, das hinzufügen von Rauschen zu den Daten“, sagt Spengler, der led die Daten-Analyse. „Wenn die Sequenzen sind sehr kurz, Sie können match an mehreren stellen im menschlichen Genom durch Zufall, und es ist schwierig zu sagen, welche gene Sie sind wirklich kommen.“

Die neue Methode, genannt phospho-RNA-seq-wegen der Art, wie die fragment-enden zugeschnitten sind, wurde zunächst überprüft in Experimenten mit einem kuratierten pool von RNA — so die Wissenschaftler wussten im Voraus, was genau die Ergebnisse Aussehen sollen. Dann, zu zeigen, dass es funktionieren könnte in einer realen Welt Einstellung, die Methode wurde getestet auf plasma-Proben, die wöchentlich von zwei Patienten, die eine Knochenmark-Transplantationen an U-M.

„Wir konnten verfolgen der Marker der Rekonstitution von Ihrem Knochenmark nach der Transplantation, sowie Veränderungen in der Blut-plasma-RNA, die zeigte, dass Verletzungen der Leber — die aufgereiht mit dem, was wir wussten, war passiert, von Ihren medizinischen Aufzeichnungen,“, sagt Tewari.

Ein neues tool für Kliniker und Forscher

Phospho-RNA-seq hat potenzielle Anwendungen für discovery sciences sowie mehr direkte Anwendungen, Tewari Noten.

„Auf die naturwissenschaftliche Seite, jetzt, da wir wissen, es gibt Tausende von diesen RNAs im Umlauf in den Blutkreislauf, es wirft Fragen auf, etwa, warum Sie da sind und welche Funktion Sie haben“, sagt er. „Aber die unmittelbare Anwendung ist, dass wir nun besser in der Lage zu Lesen, das menschliche Transkriptom — die Aktivität der Gene im ganzen Körper-in-plasma-Proben, die uns neue Informationen über Zustände von Gesundheit und Krankheit.

„Ich betrachte dies als proof-of-concept-Forschung, aber ich erwarte, dass wir weiterhin an der Verfeinerung der Technik und machen es noch leichter zugänglich für andere Forscher, ist es wahrscheinlich, um angewendet werden zu vielen verschiedenen Bereichen Krankheit und Körper-Systeme,“ Tewari fügt.

Tewari auch betont die kollaborative und interdisziplinäre Natur der Arbeit, die erforderlichen Labor -, Rechen-und klinisches know-how.

„Das ist genau der Grund, warum ich kam nach Michigan,“ sagt er, „um in der Lage sein zu tun, bench research erreicht die Klinik durch spannende Kooperationen zwischen medizinischen Spezialitäten und wissenschaftlichen Disziplinen.“