بررسی تغییرات شیمیایی DNA با فناوری‌نانو

واسودیو بیلی، داوطلب PHD مهندسی زیست‌پزشکی در هاپکینز توضیح داد:«همزمان با واکنش متیلاسیون، ژن‌های سالم می‌توانند به‌طور ناگهانی خاموش یا روشن شده، بدون هیچ تغییری در توالی نهفته‌‌ی  DNA ، منجر به ایجاد سرطان شوند. روش‌هایی که همینک در بررسی متیلاسیون استفاده می‌شود، اشکالات علمی دارند .PCR مخصوص متیلاسیون‌ ـ که توالی‌های اختصاصی “DNA” را طی تنها چند ساعت، میلیون‌ها برابر تکثیر می‌کند‌ ـ برای ردیابی مقادیر کوچکی از متیلاسیون به اندازه‌ی کافی حساس نیست و PCR بلادرنگ ـ که به دانشمندان اجازه می دهد تا افزایش در مقدار  DNA  بعد از تکثیر را ببینند ـ نیز باید چندین بار تکرار شود که آن هم بسیار پرهزینه خواهد بود.»به گفته‌ی او تست ابداعی دانشگاه هاپکینز، حساسیت و کارایی فناوری PCR را بیشتر می‌کند.

این تحقیق، در سومین همایش بین‌المللی مؤسسه‌ی سرطان آمریکا با عنوان Molecular Diagnostics in Cancer Therapeutic Development(که در تاریخ ۲۲ الی ۲۵ سپتامبر ۲۰۰۸ در فیلادلفیا برگزار شده بود) ارائه شد.

بیلی گفت:«ردیابی متیلاسیون “DNA” اهمیت زیادی دارد؛ زیرا اثبات شده که تعداد وسیعی از ژن‌های سرکوب‌گر تومور هنگام متیلاسیون “DNA” غیر فعال می‌شوند، نه در جریان جهش‌ها. روش ما در بررسی متیلاسیون ابزاری ارزشمند و مقرون‌به‌صرفه‌ای را برای تشخیص زودهنگام سرطان، کنترل رفتار تومور و ارزیابی پاسخ تومور به سرطان درمانی‌های هدفمند، فراهم کرده‌است.»

برای آزمایش این روش بیلی و هم‌دانشگاهی‌هایش قطعات “DNA” را با ترکیب شیمیایی سدیم بی‌سولفات مجاور کردند. این کار سیتوزین‌های(یکی از بازهای “DNA” )متیله‌نشده به‌صورت اتوماتیک به یوراسیل‌ها(یکی از بازهای ریبونوکلئیک اسید یا RNA، که به همراه “DNA” در سنتز پروتئین‌ها نقش دارند) تبدیل می‌شوند؛ این در حالی است که سیتوزین‌های متیله‌شده دست‌نخورده باقی می‌مانند.

پس از آن دانشمندانی از PCR همراه با پرایمرهای دارای برچسب، برای تکثیر کردن و برچسب زدن این قطعات “DNA” با ویتامین بیوتین استفاده کردند. در مرحله‌ی بعد آنها کوانتوم دات‌های(مولکول‌هایی با اندازه‌ی حدود یک‌میلیاردم متر دارای ویژگی‌های الکتریکی) پوشیده‌شده با پروتئین‌های استرپتاویدین را به نمونه‌ها اضافه کردند. قطعات متیله‌شده‌ی “DNA”که با بیوتین پوشانده شده‌اند، همانند نیروهای مغناطیسی، به استرپتاویدین موجود بر روی کوانتوم دات‌ها می‌چسبند، در حالی که متیلاسیون در “DNA” و کمیت آن را نشان می‌دهند.

این تست جدید به قدری حساس است که می‌تواند  DNA  متیله‌شده به مقدار ۱۵ پیکوگرم را در حضور ده‌هزار برابر مقدار اضافی از توالی‌های کدکننده‌ی متیله‌نشده یا معادل پنج سلول را ردیابی کند. علاوه براین، آنها قابلیت ردیابی، فقط با هشت چرخه‌ی PCR از خود نشان دادند. Yi Zhang ، یکی از داوطلبان Ph.D در دانشگاه پزشکی هاپکینز، در همکاری با هم‌دانشگاهیانش، با استفاده از نمونه‌های خیلی کوچک(با میانگین ۸۰۰ میلیاردیوم یک لیتر در هر واکنش و با نمونه‌ها و معرف‌های کمتر از ۲ درصد از آزمایش‌های معمول ) و استفاده از یک سیستم جدید Lab – On –Chip قادر به دیدن نتایج بودند. این سیستم به محققان اجازه می‌دهد تا حداقل کار با دست را برای بررسی نمونه‌ها داشته باشند، همچنین امکان پردازش و تحلیل همزمان چندین نمونه را فراهم می‌سازد. این محققان موقتاً دارای پتنت موقتی برای این تست هستند.

در تجربه‌ی دیگر، محققان از فناوری ردیابی دقیق متیلاسیون در ژن ASC/TMS1 (که مرگ برنامه‌ریزی‌شده‌ی سلول را ترتیب می‌دهد) با غلظت‌های پایینی از “DNA” گرفته‌شده از بزاق انسان، استفاده کردند. این کار با مراحل معدود و چرخه‌ی PCR کمتر انجام شد. دانشمندان همچنین از این تست برای تعیین مقدار برگشت متیلاسیون در نمونه‌های مایع مغز استخوان گرفته‌شده از بیماران دارای سندرم مییلودیسپلاستی ـ اختلالی که در آن سلول‌های مغز استخوان عملکرد طبیعی ندارند ـ قبل و بعد از درمان با دارو، استفاده کردند.

بیلی گفت:«این تست جدید به دانشمندان اجازه می‌دهد تا متیلاسیون چندین ژن را در آن واحد ردیابی و ی”DNA” متیله‌شده و متیله‌نشده را همزمان مشاهده کنند. این روش همچنین درصد متیلاسیون را در هر زمانی مشخص می‌کند.