Biopsien machen, weniger invasive und informativer

Ein team von Forschern an der National University of Singapore (NUS) hat eine neuartige Technologie, die könnte sensibel und präzise Erkennung und Klassifizierung von Krebs-Zellen, sowie das bestimmen der Erkrankung, die Aggressivität aus den am wenigsten invasive Biopsien. Mit dieser neuen Technologie namens STEMPEL (Sequenz-Topologie Assembly for Multiplexed Profiling), umfangreiche Informationen zur Krankheit gewonnen werden können schneller, in einem viel früheren Stadium der klinischen workflow, so dass ärzte, um zu entscheiden und zu verwalten, Behandlungen früher und effektiver.

Eine Biopsie, die beinhaltet das entfernen einer kleinen Menge von Gewebe aus dem Körper, ist die wichtigste Art und Weise für ärzte zu diagnostizieren, die meisten Krebserkrankungen. Während weniger invasive Biopsie-Verfahren werden bevorzugt, Sie können Rendite die unzureichenden Proben, was zu einer unvollständigen und/oder nicht eindeutig-Diagnose. Eine endgültige Diagnose und weitere Analyse wie Krebs staging können nur gemacht werden nach der Operation; dieser langersehnten Informationen werden dann verwendet, um Führer anschließende Behandlung Entscheidungen.

Die STEMPEL-Technologie überwindet viele Herausforderungen des klinischen workflow zu ermöglichen die rasche und informative Krebs-Diagnose. STEMPEL verwendet programmierbare DNA-barcodes zu Messen, Milliarden von protein-Marker in einem einzigen test — die Menge sowie die Verteilung dieser protein-Marker in einer Zelle-von einer kleinen klinischen Stichprobe. Mit Brust-Krebs, wie ein Modell, STEMPEL erreicht hohe diagnostische Genauigkeit von über 94 Prozent, vergleichbar mit dem gold-standard-Gewebe Pathologie, und zeigt wichtige klinische Informationen, die derzeit nur erhalten werden können, durch die post-Operation Gewebe-Analyse-alle direkt aus einer feinen Nadel-aspiration (FNA) Biopsie, die am wenigsten invasive form der Biopsie.

Leitung von Assistant Professor Shao Huilin aus dem NUS-Institut für Innovation in der Gesundheitswirtschaft & Technologie (NUS iHealthtech), die 10-köpfige research-team verbrachte mehr als zwei Jahre zu entwickeln STEMPEL.

„Unser STEMPEL-Technologie nutzt die einzigartigen Eigenschaften der DNA zu bilden 3D-barcodes. Diese barcodes können verwendet werden, um zu Messen, verschiedene protein-Marker sowie erkennen der Marker bestimmten Orten in der Zelle. Durch Kartierung dieser marker-Verteilungsmuster in den Zellen, STEMPEL können ein frühes Anzeichen von Krankheiten Aggressivität. Aktuelle Pathologie Techniken Messen nur einen kleinen Teil der protein-Marker und benötigen mehrere Tage für die umfangreiche Bearbeitung. Im Vergleich, STEMPEL ist eine million mal empfindlicher, bietet die sehr informative Analyse von knappen Proben, dass Sie abgeschlossen werden kann in so wenig wie zwei Stunden“, sagte Asst Prof Shao.

Das team der Technologie-Durchbruch, veröffentlicht in der wissenschaftlichen Zeitschrift Nature Biomedical Engineering

Tracks Milliarden von protein-Marker in einem einzigen test

Umfassende Analyse der protein-expression und-Verteilung birgt ein großes Versprechen für die Entdeckung von Biomarkern, frühen Krankheitserkennung und Rationalisierung der Behandlung Optionen. Allerdings werden die derzeitigen Ansätze umfassen imaging-und Mikroskopie-Techniken, welche Komplex, zeitraubend, und haben eine begrenzte multiplexing-Fähigkeit. STEMPEL wurde konzipiert und entwickelt, um diesen Herausforderungen zu begegnen.

Die Blaupause des Lebens, die DNA in der Natur existiert so lange ‚Bänder‘ zum speichern von massiven genetischen information durch die Kombination des Basis-codes. Abgesehen von dieser bekannten linearen form, die DNA zu können, werden gerade entwickelt, um Falten in 3D-Nanostrukturen mit verbesserter Stabilität. STEMPEL nutzt diese zwei wichtigen Eigenschaften von DNA-eine große Kapazität zum speichern von Informationen sowie die Programmierbarkeit zu Falten und entfalten sich in verschiedene Strukturen-Ingenieur Cabrio-barcodes. Diese STEMPEL-barcodes können verwendet werden, um zu Messen, Milliarden von protein-Marker in einem einzigen test und ermitteln Sie die spezifischen Orte dieser protein-Marker in Zellen.

„Zum label diverse protein-Marker in Zellen, STEMPEL verwendet DNA-barcodes, die zusammengeklappt als kompakte Strukturen. Diese 3D-barcodes erreichen eine hohe Kennzeichnung der Effizienz und bleiben stabil gegen biologischen Abbau. Jedes 3D-barcode ist weiter gegeben Lokalisierung Etikett zu Kodieren protein marker, Lage und Verteilung innerhalb der Zelle,“ erklärte Herr Noah Sundah, ein Doktorand von NUS iHealthtech sowie NUS Department of Biomedical Engineering, und der erste Autor der Studie.

„Zur Durchführung der Analyse, die 3D-barcodes entfaltet on-demand durch erhitzen auf release ein pool von linearen DNA, die leicht analysiert die Verwendung etablierter Technologien wie PCR und DNA-Sequenzierung. Auf diese Weise, der Ausdruck einer sehr großen Anzahl von protein-Markern und Ihre Verteilung in Zellen kann empfindlich gemessen in einem einzigen test“ Herr Sundah Hinzugefügt.

Zur Erleichterung der klinischen Verarbeitung und Messung, die Forschungs-team implementiert die STEMPEL-Technik auf einer kleinen Mikrofluidik-chip, der etwa die Hälfte der Größe einer Kreditkarte. Test-Ergebnisse erzeugt werden, die aus kleinen Mengen von klinischen Proben, und jeder test ist mit geschätzten Kosten von US$36.

Effektiver test für die Diagnose Krebs, subtypisierung, und die Messung der Aggressivität

Überprüfen BRIEFMARKE Leistung, die Forscher führten eine klinische Studie mit 69 Patientinnen mit Brustkrebs. FNA-Biopsien wurden erhoben von jedem Patienten analysiert und mit STEMPEL. Zum Vergleich, die gold-standard-Pathologie Analyse wurde durchgeführt nach der Operation Gewebe für alle Patienten.

Die STAMP-Analyse der FNA-Proben zeigten eine hohe Genauigkeit von mehr als 94 Prozent für Krebs-Diagnose und subtypisierung, so dass es gleichermaßen zutreffend wie Pathologie, Analyse von op-Geweben. Wichtiger ist, basierend auf seiner umfassenden protein-marker-Analyse, STEMPEL war auch in der Lage, genau zu identifizieren, Krankheit Aggressivität aus, die knappen Biopsie-Proben.

Die nächsten Schritte

Eine vorläufige patent eingereicht hat, für STEMPEL. Asst Prof Shao und Ihr team sind derzeit in Gesprächen mit Partnern aus der Industrie an die weitere Entwicklung und Kommerzialisierung dieser Technologie. Die Technologie wird erwartet, um zu erreichen, den Markt innerhalb der nächsten fünf Jahre.

Moving forward, die research-team hofft, erweitern Sie die Anwendungen des STEMPELS auf andere Arten von Krebs, wie Hirn -, Lungen -, und Magenkrebs sowie Validierung der Technologie in anderen Proben, wie Blut und Aszites.