Une collaboration entre l'Université de l'Illinois et Mayo a démontré une nouvelle technique d'analyse de l'expression génique qui peut mesurer avec précision les niveaux d'ARN rapidement et directement à partir d'un échantillon de tissu cancéreux tout en préservant les informations spatiales à travers le tissu, ce que les méthodes conventionnelles ne peuvent pas faire. La technique d'expression génique de l'équipe est décrite dans un article publié dans l'édition en ligne de Communication Nature .

Selon le professeur de bio-ingénierie de l'Illinois Rashid Bashir, les méthodes d'expression génique existantes ont des limites. "Ils sont encombrants et lents, prendre des heures voire plusieurs jours pour effectuer l'analyse sur un seul échantillon de tissu, " dit Bachir, co-responsable de l'équipe de recherche, qui est professeur distingué Grainger de bio-ingénierie et doyen associé exécutif du Carle Illinois College of Medicine. "Notre technique effectue l'analyse complète à travers la tranche de tissu en deux heures ou moins."

Les méthodes existantes peuvent mesurer les protéines, qui sont produits après que des informations ou des instructions génétiques ont émergé de l'ADN et de l'ARN. Ces méthodes de mesure des protéines sont compliquées et nécessitent des anticorps qui n'existent pas pour certaines protéines.

"Notre méthode peut détecter l'expression de l'ARN messager, qui peut fournir des informations supplémentaires que la concentration finale en protéines, " dit Bachir.

L'outil d'expression génique spatiale pixélisé peut analyser un échantillon de tissu entier et identifier les cellules cancéreuses dans un processus qui prend moins de deux heures.

L'outil d'expression génique spatiale pixélisé peut analyser un échantillon de tissu entier et identifier les cellules cancéreuses dans un processus qui prend moins de deux heures.

Co-responsable de l'équipe de recherche Dr Farhad Kosari, professeur adjoint de biochimie et de biologie moléculaire à la Mayo Clinic, envisage que leur nouvelle technique pourrait un jour être utilisée dans les laboratoires de recherche ainsi qu'en clinique. "Si vous étudiiez les microenvironnements tumoraux, vous voudriez savoir quels gènes sont exprimés à un endroit spécifique de la tumeur, " a déclaré Kosari. " Cette capacité à regarder l'expression localisée des gènes se fait actuellement avec l'hybridation in situ en fluorescence (FISH), mais notre technique est beaucoup plus rapide et plus quantitative."

En outre, l'ARN messager (ARNm) suscitera des informations génétiques plus précises. "Lors de l'analyse de modèles animaux et de xénogreffes, il peut y avoir une réactivité croisée de l'anticorps cible avec l'antigène hôte conduisant à des signaux faussement positifs et à des erreurs d'analyse, " a déclaré Anurup Ganguli, doctorant en bio-ingénierie de l'Illinois, le premier auteur de l'étude.

L'équipe a créé une puce de silicium de la taille d'un ongle qui contient un réseau de plus de 5, 000 puits en forme de pyramide avec des bords acérés comme des rasoirs. Lorsqu'un échantillon de tissu cancéreux de la taille d'un centimètre est placé sur la puce, il est automatiquement découpé en centaines ou en milliers de petits morceaux qui sont analysés en parallèle à l'aide d'une technologie existante connue sous le nom d'amplification isotherme à médiation par boucle (LAMP).

Selon Ganguli, une fois le tissu coupé et placé dans les puits sous-jacents de la micropuce, des milliers de réactions LAMP indépendantes en volume de picolitre sont effectuées dans chaque puits directement à partir du tissu sans qu'il soit nécessaire de purifier l'analyte.

"La microdissection par capture laser (LCM) suivie d'une purification et d'une amplification en aval a été utilisée dans le passé pour examiner des régions spécifiques d'échantillons de tissus colorés et analyser l'hétérogénéité au sein de l'échantillon, " a déclaré Kosari. "Notre technique est similaire à effectuer plus de 5, 000 étapes LCM avec l'amplification en aval en une seule étape sur une puce électronique."

Ganguli a démontré la nouvelle technique en utilisant des xénogreffes de tissus prostatiques humains congelés cultivés chez des souris. En moins de deux heures, il a pu amplifier et analyser l'ARNm de TOP2A, une enzyme nucléaire et un marqueur connu de l'agressivité du cancer de la prostate.

"Notre approche pixellise l'ensemble de l'échantillon de tissu et peut identifier les très rares cellules qui peuvent être cancéreuses, " a déclaré Bashir. "Il n'existe aucune technique permettant d'amplifier les tissus bruts jusqu'à l'amplification des acides nucléiques tout en préservant les informations spatiales."

La nouvelle technique pourrait également être utile un jour pour aider les médecins et les pathologistes à déterminer les marges tumorales, ce qui pourrait améliorer les résultats des chirurgies du cancer.

L'équipe continue de travailler sur la technique d'expression génique et vise à l'utiliser pour cartographier les mutations génétiques des cancers du poumon et du sein, en plus du cancer de la prostate. Ils s'efforcent également de réduire la taille des puits de la puce en dessous des 100 x 100 microns actuels. Cette modification permettra d'examiner des cellules individuelles à une résolution plus élevée.