Na sequência normal (acima), o elétron se move lentamente e pisca lentamente. No caso de uma mutação, o elétron se move rápido e pisca rápido. A velocidade do movimento do elétron é medida em moléculas únicas pela taxa de piscar para diagnosticar mutações pontuais. Conteúdo original 2022, Shunya Fan et al. Cinética de transferência de elétrons através de ácidos nucléicos desembaraçados por fluorescência molecular única piscando. Crédito:ChemSem restrições
A imagem médica padrão detecta prontamente a maioria dos cânceres cerebrais sólidos, um terço dos quais são gliomas. Infelizmente, muitas vezes são necessárias duas cirurgias complexas. Mas agora, pesquisadores do Japão podem ter inventado uma maneira de realizar a biópsia inicial, testes de laboratório e subsequente remoção do tumor durante um procedimento cirúrgico.
Durante a primeira operação para um glioma, uma biópsia cirúrgica, o cirurgião coleta uma amostra do tecido suspeito. Um laboratório então executa testes na amostra para diagnosticar o tipo de câncer (ou seja, se é benigno ou não) e para determinar que tipo de malignidade. Dependendo do plano de tratamento resultante, você pode precisar de uma segunda operação cirúrgica.
No entanto, em um estudo publicado recentemente em
Chem , pesquisadores da Universidade de Osaka e parceiros colaboradores usaram uma técnica avançada de fluorescência baseada em DNA que pode ajudar a trazer diagnósticos de câncer em tempo real para a prática médica. Este estudo responde a perguntas de ciência básica de longa data e pode abrir novas direções na assistência médica.
A transferência de elétrons foto-induzida é a base de muitos biossensores baseados em DNA. A compreensão dos pesquisadores da cinética (ou seja, taxa) desse processo é baseada no comportamento médio de muitas moléculas, conhecidas como medições de conjunto. "Tais medições obscurecem o comportamento de uma única molécula que é fundamental para a cinética da transferência de elétrons", explica Shuya Fan, principal autor, "mas nossa pesquisa esclarece essa obscuridade. Usamos espectroscopia de correlação de fluorescência para medir padrões de fluorescência transitórios - piscando em assim, descobrindo a química de uma única molécula que avançará nas aplicações de diagnóstico."
Um elétron migra através do DNA e do duplex híbrido DNA/RNA. Neste estudo, o centro de perda de elétrons (buraco) se moveu através do duplex; e o filme representa o movimento do buraco (esfera branca). Como a taxa de transferência de elétrons depende da sequência de ácido nucleico, pode-se ler as informações da sequência medindo a cinética de transferência de elétrons. Neste estudo, focamos na detecção da mutação R132H c.395 G>A, uma mutação pontual no mRNA de IDH1 que é comum em gliomas adultos de grau II e III. Sondas de DNA projetadas para hibridizar com mRNA de IDH1 em células começaram a piscar após a hibridização, o que facilitou a medição da cinética de transferência de elétrons. Ao medir o tempo OFF durante o piscar, acessamos a dinâmica da transferência de elétrons. Na sonda/duplex mutante, a intermitência ocorreu mais rapidamente do que na sonda/duplex tipo selvagem. Observamos piscar rápido em seções patológicas de blocos de células que superexpressaram RNA mutante de IDH1, enquanto observamos pouco piscar em blocos de células que expressaram apenas IDH1 do tipo selvagem. Isso nos permitiria identificar espécimes patológicos obtidos durante a cirurgia, apresentados como uma perspectiva futura na última parte deste filme. Usando o orifício injetado como um pulso de som - análogo ao ping de um sistema de sonar ativo - e medindo o tempo necessário para o retorno do orifício, pode-se ler informações sobre a sequência de ácido nucleico associada à molécula fluorescente. Crédito:Shunya Fan et al. Cinética de transferência de elétrons através de ácidos nucleicos desembaraçados por fluorescência molecular única piscando, Chem . Os pesquisadores mediram a relação entre a cinética de transferência de elétrons em moléculas únicas de DNA com a distância e sequência do DNA. A base de seu trabalho foi a foto-irradiação de uma molécula fluorescente, que iniciou a transferência de elétrons do DNA. Uma técnica matemática conhecida como análise de autocorrelação indicou que uma maior distância entre a molécula fluorescente e um doador de elétrons (um aceptor de buracos) correspondia a uma diminuição da velocidade de piscar de fluorescência.
"Inesperadamente, a taxa de transferência de elétrons para qualquer sequência de DNA era uma faixa única de valores - um padrão, em vez de um valor preciso", diz Kiyohiko Kawai, autor sênior. "Usamos o piscar de fluorescência correspondente para detectar uma mutação pontual de mRNA glioma em células cultivadas."
Uma extensão imediata desta pesquisa é uma maior compreensão de como as mutações pontuais se espalham no corpo. Além disso, a abordagem dos pesquisadores é compatível com o diagnóstico de glioma em tempo real durante uma biópsia cirúrgica. Assim, a terapia do câncer direcionada sem a necessidade de cirurgias múltiplas é uma extensão realista adicional deste desenvolvimento de pesquisa. Talvez com base nessa pesquisa, a cirurgia do câncer seja mais simples, rápida e eficaz do que hoje.
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