Onderzoekers hebben een zeer gevoelige bloedtest ontwikkeld die een sleuteleiwit kan detecteren dat door kankercellen wordt geproduceerd.

De test is veelbelovend voor de vroege detectie van kanker, rapporteren de onderzoekers.

De meeste vormen van kanker worden dodelijk als ze onopvallend blijven en geen symptomen veroorzaken totdat ze te ver gevorderd zijn om te behandelen. Eierstok- en gastro-oesofageale kankers behoren tot de meest beruchte vormen van deze sluwe ziekteprogressie, die vaak leidt tot diagnoses in een laat stadium.

In tegenstelling tot veel kankertests die een beperkte reikwijdte hebben, duur zijn of afhankelijk zijn van invasieve weefselmonsters, is de nieuwe methode een goedkope detector voor meerdere kankers die de aanwezigheid van het veelbetekenende eiwit, bekend als LINE-1-ORF1p, kan opmerken. , in een kleine hoeveelheid bloed in minder dan twee uur.

“De test heeft baanbrekend potentieel als vroege diagnostische test voor dodelijke kankersoorten”, zegt Michael P. Rout, hoofd van het Laboratorium voor Cellulaire en Structurele Biologie aan de Rockefeller Universiteit. “Dit soort ultragevoelige detectie-instrumenten staan ​​klaar om de patiëntresultaten op transformatieve manieren te verbeteren.”

Het opsporen van kankerbiomarkers

De detectie van kankerbiomarkers is een jong en groeiend vakgebied. Er zijn een aantal van dergelijke biomarkers, maar deze kunnen nadelen met zich meebrengen. Sommige vereisen chirurgische biopsieën. Anderen worden pas ingezet nadat de symptomen zich voordoen, wat te laat kan zijn voor een effectieve interventie. De meeste zijn normale menselijke eiwitten die van persoon tot persoon variëren, waardoor een enkele waarde moeilijk te interpreteren is. En velen zijn gericht op een specifieke kankersoort, waardoor hun bereik kleiner wordt.

Maar onlangs is er mogelijk een belangrijke nieuwe biomarker voor eerdere detectie ontstaan. Dat eiwit, bekend als LINE-1 ORF1p, kwam ongeveer tien jaar geleden op de radar van onderzoekers. LINE-1 is een retrotransposon, een virusachtig element dat aanwezig is in elke menselijke cel en dat zich vermenigvuldigt via een kopieer-en-plakmechanisme, wat resulteert in een nieuwe kopie op een nieuwe positie in het genoom. ORF1p is een eiwit dat het in hoge mate produceert bij kanker.

“Transposons worden normaal gesproken tot expressie gebracht in sperma en eicel en tijdens de embryogenese, dus er zijn enkele omstandigheden waarin je niet-pathobiologische expressie van transposons hebt”, zegt co-auteur John LaCava, universitair hoofddocent en gespecialiseerd in LINE-1-onderzoek. “Maar verder worden deze ‘springende genen’ binnen het genoom tot zwijgen gebracht, omdat hun activiteit stress en beledigingen in de cel veroorzaakt.”

Meestal houdt het lichaam LINE-1 onder controle.

“Er zijn lagen van mechanismen die voorkomen dat LINE-1 tot expressie wordt gebracht en ORF1p produceert, dus we kunnen de aanwezigheid van het eiwit gebruiken als proxy voor een ongezonde cel die niet langer controle heeft over zijn transcriptoom”, zegt LaCava. “ORF1p zou je niet in de bloedbaan van een gezond persoon moeten aantreffen.”

In de afgelopen vijf jaar, zegt hij, “is het overduidelijk geworden dat deze eiwitten bij de meeste vormen van kanker sterk verhoogd zijn”, waaronder veel van de meest voorkomende en dodelijke vormen van kanker van de slokdarm, de dikke darm, de longen, de borst, de prostaat, de eierstokken, de baarmoeder, enz. alvleesklier en hoofd en nek.

Omdat carcinoomcellen ORF1p aanmaken vanaf het begin van de ziekte, hebben onderzoekers lang gezocht naar een gevoelige, nauwkeurige test om ORF1p zo vroeg mogelijk te detecteren. Het vermogen om het bij patiënten op te merken voordat kanker de kans krijgt zich te verspreiden, kan mogelijk levens redden.

Op maat gemaakte nanobodies van lama's

Rockefeller-onderzoekers werkten samen met hoofdonderzoekers van Mass General Brigham, het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering aan de Harvard University en het Dana-Farber Cancer Institute, samen met andere partnerinstellingen, om een ​​snelle, goedkope test te ontwikkelen die ORF1p kan detecteren in plasma, dat meer dan de helft van de inhoud van menselijk bloed uitmaakt.

De nieuwe studie maakt gebruik van een op één molecuul gebaseerde detectietechnologie, bekend als Simoa, en ontwikkeld door co-auteur David Walt van Harvard. Het Rockefeller-team heeft op maat gemaakte nanobodies bijgedragen die zijn afgeleid en ontwikkeld lama om te fungeren als vangreagentia die het ORF1p-eiwit verstrikken en als gevoelige sondes om het te detecteren.

“We hebben deze reagentia ontwikkeld als onderdeel van onze missie om de moleculaire associaties van ORF1p met andere eiwitten bij colorectale kanker vast te leggen en te beschrijven”, zegt LaCava. “We wisten dat de meeste colorectale kankers een overvloed aan LINE-1-eiwitten hebben, dus redeneerden we dat de interacties die ze vormen de normale celfuncties zouden kunnen ontregelen op een manier die kanker ten goede komt. Door LINE-1-deeltjes te isoleren, konden we deze interacties van dichterbij bekijken. Later werd duidelijk dat onze medewerkers op Harvard dezelfde reagentia konden gebruiken voor hun ontwikkelende biomarkertest, dus deelden we ze.”

De onderzoekers ontdekten dat de test zeer nauwkeurig was bij het detecteren van ORF1p in de bloedmonsters van patiënten met verschillende soorten kanker, waaronder eierstokkanker, gastro-oesofageale en colorectale kanker. Het kost minder dan $ 3 om snelle resultaten te produceren en retourneert.

“We waren geschokt door hoe goed deze test werkte bij verschillende soorten kanker”, zegt Martin Taylor, van de afdeling pathologie van het Massachusetts General Hospital en hoofdauteur van de studie in het tijdschrift Kankerontdekking.

De onderzoekers analyseerden ook het plasma van 400 gezonde mensen tussen de 20 en 90 jaar die bloed hadden gedoneerd aan de Mass General Brigham Biobank; ORF1p was bij 97-99% van hen niet detecteerbaar. Van de vijf mensen die wel detecteerbaar ORF1p hadden, bleek de persoon met het hoogste niveau zes maanden later vergevorderde prostaatkanker te hebben.

Reactie op kankertherapie

Een ander mogelijk gebruik van de test is het monitoren van de manier waarop een patiënt reageert op kankertherapie. Als een behandeling effectief is, zou het ORF1p-niveau in het bloed van de patiënt moeten dalen, zegt LaCava. In een deel van de studie bestudeerden de onderzoekers 19 patiënten die werden behandeld voor gastro-oesofageale kanker; bij de 13 mensen die op de behandeling reageerden, daalden de niveaus van ORF1p onder de detectielimiet van de test.

Het volgen van het eiwit zou mogelijk kunnen worden opgenomen in de routinematige gezondheidszorg, zegt LaCava. “Tijdens een gezonde periode in uw leven kunt u uw ORF1p-waarden laten meten om een ​​basislijn vast te stellen. Dan zou uw arts eventuele pieken in de ORF1p-waarden in de gaten houden, wat een indicatie zou kunnen zijn voor een verandering in uw gezondheidstoestand. Hoewel er hier en daar wat kleine ORF1p-fluctuaties kunnen zijn, zou een piek een reden zijn voor diepgaander onderzoek.”

De onderzoeksresultaten illustreren ook het enorme potentieel van nanobody-reagentia die zijn gegenereerd door de studie van interactomics, zegt Rout. Interactomics probeert de dynamische interacties van de miljoenen individuele componenten in een cel te begrijpen, met name de eiwitten en nucleïnezuren. Deze interacties vormen macromoleculaire complexen die informatie overbrengen en cellulair gedrag controleren. Pathogene veranderingen in deze interacties liggen ten grondslag aan alle ziekten.

"Er is een essentiële behoefte aan veel betere hulpmiddelen om interactomen te onthullen en te ontleden, waaraan nog maar net wordt voldaan", zegt Rout. “Daartoe werken we vaak samen met andere instellingen aan de ontwikkeling van reagentia zoals onze van lama’s afgeleide nanobodies. De resulterende producten zijn niet louter onderzoeksinstrumenten; ze hebben een enorm potentieel in de handen van artsen.”

Bron: Original Study