Les schémas de fluorescence facilitent les diagnostics médicaux

Dans la séquence normale (ci-dessus), l'électron se déplace lentement et clignote lentement. Dans le cas d'une mutation, l'électron se déplace rapidement et clignote rapidement. La vitesse de déplacement des électrons est mesurée dans des molécules individuelles par le taux de clignotement pour diagnostiquer des mutations ponctuelles. Contenu original 2022, Shunya Fan et al. Cinétique de transfert d'électrons à travers des acides nucléiques démêlés par le clignotement de fluorescence monomoléculaire. Crédit :ChemAucune restriction

L'imagerie médicale standard détecte facilement la plupart des cancers solides du cerveau, dont un tiers sont des gliomes. Malheureusement, deux chirurgies complexes sont souvent nécessaires. Mais maintenant, des chercheurs japonais ont peut-être trouvé un moyen d'effectuer la biopsie initiale, les tests de laboratoire et l'ablation ultérieure de la tumeur au cours d'une intervention chirurgicale.

Lors de la première intervention pour un gliome, une biopsie chirurgicale, le chirurgien prélève un échantillon du tissu suspect. Un laboratoire effectue ensuite des tests sur l'échantillon pour diagnostiquer le type de cancer (c'est-à-dire s'il est bénin ou non) et pour déterminer quel type de malignité. Selon le plan de traitement qui en résulte, vous pourriez alors avoir besoin d'une deuxième intervention chirurgicale.

Cependant, dans une étude récemment publiée dans Chem , des chercheurs de l'Université d'Osaka et des partenaires collaborateurs ont utilisé une technique de fluorescence avancée basée sur l'ADN qui pourrait aider à apporter des diagnostics de cancer en temps réel à la pratique médicale. Cette étude répond à des questions scientifiques fondamentales de longue date et pourrait ouvrir de nouvelles directions dans les soins médicaux.

Le transfert d'électrons photo-induit est à la base de nombreux biocapteurs à base d'ADN. La compréhension des chercheurs de la cinétique (c'est-à-dire la vitesse) de ce processus est basée sur le comportement moyen de nombreuses molécules, connu sous le nom de mesures d'ensemble. "De telles mesures obscurcissent le comportement d'une seule molécule qui est à la base de la cinétique du transfert d'électrons", explique Shuya Fan, auteur principal, "mais notre recherche efface cette obscurité. Nous avons utilisé la spectroscopie de corrélation de fluorescence pour mesurer les modèles de fluorescence transitoires - le clignotement de la fluorescence - et dans faisant ainsi découvrir la chimie d'une seule molécule qui fera progresser les applications de diagnostic."

Un électron migre à travers l'ADN et le duplex hybride ADN/ARN. Dans cette étude, le centre de perte d'électrons (trou) s'est déplacé à travers le duplex ; et le film représente le mouvement du trou (sphère blanche). Étant donné que le taux de transfert d'électrons dépend de la séquence d'acide nucléique, on peut lire les informations de séquence en mesurant la cinétique de transfert d'électrons. Dans cette étude, nous nous sommes concentrés sur la détection de la mutation R132H c.395 G>A, une mutation ponctuelle de l'ARNm IDH1 qui est courante dans les gliomes adultes de grade II et III. Les sondes d'ADN conçues pour s'hybrider avec l'ARNm d'IDH1 dans les cellules ont commencé à clignoter lors de l'hybridation, ce qui a facilité la mesure de la cinétique de transfert d'électrons. En mesurant le temps OFF pendant le clignotement, nous avons accédé à la dynamique du transfert d'électrons. Dans le duplex sonde/mutant, le clignotement s'est produit plus rapidement que dans le duplex sonde/type sauvage. Nous avons observé un clignotement rapide dans les sections pathologiques des blocs cellulaires qui surexprimaient l'ARN mutant IDH1, alors que nous avons observé peu de clignotement dans les blocs cellulaires qui n'exprimaient que l'IDH1 de type sauvage. Cela nous permettrait d'identifier des spécimens pathologiques obtenus lors d'une intervention chirurgicale, telle que présentée comme une perspective d'avenir dans la dernière partie de ce film. En utilisant le trou injecté comme une impulsion sonore - analogue au ping d'un système de sonar actif - et en mesurant le temps nécessaire au retour du trou, on peut lire des informations sur la séquence d'acide nucléique associée à la molécule fluorescente. Crédit :Shunya Fan et al. Cinétique de transfert d'électrons à travers des acides nucléiques démêlés par un clignotement de fluorescence moléculaire unique, Chem .

Les chercheurs ont mesuré la relation entre la cinétique du transfert d'électrons dans des molécules simples d'ADN avec la distance et la séquence de l'ADN. La base de leur travail était de photo-irradier une molécule fluorescente, qui a initié le transfert d'électrons à partir de l'ADN. Une technique mathématique connue sous le nom d'analyse d'autocorrélation a indiqué qu'une plus grande distance entre la molécule fluorescente et un donneur d'électrons (un accepteur de trous) correspondait à une diminution de la vitesse de clignotement de la fluorescence.

"De manière inattendue, le taux de transfert d'électrons pour une séquence d'ADN donnée était une plage unique de valeurs - un modèle plutôt qu'une valeur précise", explique Kiyohiko Kawai, auteur principal. "Nous avons utilisé le clignotement de fluorescence correspondant pour détecter une mutation ponctuelle du gliome de l'ARNm dans des cellules en culture."

Une extension immédiate de cette recherche est une meilleure compréhension de la façon dont les mutations ponctuelles se propagent dans le corps. De plus, l'approche des chercheurs est compatible avec le diagnostic de gliome en temps réel lors d'une biopsie chirurgicale. Ainsi, une thérapie ciblée contre le cancer sans nécessiter de multiples interventions chirurgicales est une extension réaliste supplémentaire de ce développement de la recherche. Peut-être que sur la base de cette recherche, la chirurgie du cancer sera plus simple, plus rapide et plus efficace qu'aujourd'hui. + Explorer plus loin