O sequenciamento Nanopore e o método de código de barras de DNA dão esperança de uma medicina personalizada
Ilustração de um nanoporo lendo uma sequência de DNA e convertendo-a em um sinal elétrico. Crédito:Oxford Nanopore Com a capacidade de mapear dezenas de biomarcadores de uma só vez, um novo método poderá transformar os testes para doenças como doenças cardíacas e cancro.
Atualmente, muitas doenças são diagnosticadas a partir de exames de sangue que procuram um biomarcador (como uma proteína ou outra molécula pequena) ou, no máximo, alguns biomarcadores do mesmo tipo.
O novo método, desenvolvido por cientistas do Imperial College London em colaboração de pesquisa com a Oxford Nanopore Technologies (Oxford Nanopore), pode analisar dezenas de biomarcadores de diferentes tipos ao mesmo tempo. Isso potencialmente permitiria que os médicos reunissem mais informações sobre a doença de um paciente.
Por exemplo, os testes atuais para insuficiência cardíaca procuram algumas proteínas comuns para determinar se a doença está presente. O novo método foi capaz de detectar adicionalmente 40 tipos diferentes de moléculas de miRNA, que têm potencial para serem utilizadas como uma nova classe de biomarcadores. Ele pode examinar simultaneamente proteínas, pequenas moléculas como neurotransmissores e miRNA da mesma amostra clínica, fornecendo dados abrangentes para um diagnóstico mais preciso.
Os resultados da utilização do novo teste desta forma com sangue de participantes saudáveis, para um estudo de prova de conceito, foram publicados na Nature Nanotechnology .
A coautora Caroline Koch, do Departamento de Química do Imperial, disse:“Existem muitas maneiras diferentes de chegar à insuficiência cardíaca, mas esperamos que nosso teste forneça uma maneira rápida e de baixo custo de descobrir isso e ajudar a orientar opções de tratamento. Este tipo de resultado é possível com menos de um mililitro de sangue. É também um método muito adaptável, de modo que, ao alterar os biomarcadores alvo, pode ser usado para detectar as características de doenças, incluindo câncer e condições neurodegenerativas”.
O co-autor Ben Reilly-O'Donnell, do National Heart and Lung Institute do Imperial, acrescentou:"A capacidade de monitorar diferentes tipos de moléculas ao mesmo tempo, na mesma amostra, oferece uma vantagem distinta sobre os métodos de análise tradicionais. ." O dispositivo MinION. Crédito:Oxford Nanopore Código de barras de DNA
O teste funciona misturando a amostra de sangue com “códigos de barras” de DNA. Estas são pequenas etiquetas feitas de sequências curtas de DNA, cada uma codificando uma sonda única projetada para se ligar a um biomarcador diferente. Uma vez misturados a amostra e os códigos de barras, a solução resultante é injetada em um dispositivo portátil de baixo custo desenvolvido anteriormente pela Oxford Nanopore – o MinION.
O dispositivo Oxford Nanopore contém uma célula de fluxo contendo uma série de nanoporos – orifícios muito pequenos – que são capazes de ler a assinatura elétrica de cada código de barras do DNA que passa por eles. O sinal elétrico complexo que o dispositivo produz é interpretado por um algoritmo de aprendizado de máquina para identificar o tipo e a concentração de cada biomarcador presente na amostra.
Os códigos de barras de DNA utilizados para cada teste podem ser feitos sob encomenda, especificamente para os biomarcadores que precisam ser analisados para caracterizar a doença testada. O uso de códigos de barras de DNA também elimina a necessidade de preparação complexa e demorada de amostras, o que também pode introduzir vieses nas amostras.
O pesquisador principal, Professor Joshua Edel, do Departamento de Química do Imperial, disse:"Trabalhando com a Oxford Nanopore Technologies, conseguimos pegar a plataforma existente e inovar a forma como ela pode ser usada, com a adição de códigos de barras de DNA e aprendizado de máquina para entender os resultados."
Alex Ivanov, também do Departamento de Química do Imperial, acrescentou:"Em princípio, estamos perto de permitir uma tecnologia adequada para clínicas, onde, no longo prazo, esperamos que possa fornecer uma riqueza de informações individualizadas para pacientes com uma variedade de condições."
Direções futuras
Depois de mostrar que este método pode medir com sucesso 40 moléculas de miRNA no sangue de pacientes saudáveis, a equipe está agora trabalhando com amostras clínicas de pacientes com insuficiência cardíaca para validar os resultados. Testes regulares como este também podem ajudar os médicos a estabelecer as linhas de base individuais dos pacientes para biomarcadores sanguíneos comuns.
O método pode ser útil para acelerar o diagnóstico de duas maneiras:além de medir mais biomarcadores de uma só vez, também pode ajudar a encontrar novos biomarcadores. Embora atualmente apenas alguns biomarcadores sejam validados para o diagnóstico de doenças cardíacas, ao medir 40 tipos de miRNA de interesse simultaneamente, a equipe também pôde ver quais deles são relevantes e poderiam ser validados com mais testes.
Mais informações: Sequenciamento nanoporo de sondas com código de barras de DNA para detecção altamente multiplexada de microRNA, proteínas e pequenos biomarcadores, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01479-z. www.nature.com/articles/s41565-023-01479-z Informações do diário: Nanotecnologia da Natureza
