Новый метод нанопорового секвенирования с ДНК-штрихкодированием открывает путь к персонализированной медицине
Новый метод, способный одновременно анализировать десятки биомаркеров разного типа, может трансформировать диагностику таких состояний, как сердечная недостаточность и рак.
В настоящее время многие заболевания диагностируются с помощью анализов крови, которые ищут один биомаркер (например, белок) или, в лучшем случае, несколько биомаркеров одного типа.
Новый метод, разработанный учёными Имперского колледжа Лондона совместно с Oxford Nanopore Technologies, может одновременно анализировать десятки биомаркеров разных типов. Это потенциально позволяет клиницистам получать больше информации о болезни пациента.
Например, современные тесты на сердечную недостаточность ищут пару распространённых белков. Новый метод смог дополнительно обнаружить 40 различных типов молекул miRNA, которые могут стать новым классом биомаркеров. Он может одновременно исследовать белки, малые молекулы (например, нейромедиаторы) и miRNA из одного клинического образца, предоставляя комплексные данные для более точного диагноза.
Результаты использования этого нового теста с кровью здоровых участников в рамках доказательства концепции опубликованы в Nature Nanotechnology.
Принцип работы: ДНК-штрихкодирование
Тест работает путём смешивания образца крови с ДНК-«штрихкодами». Это небольшие метки из коротких последовательностей ДНК, каждая из которых кодирует уникальный зонд, предназначенный для связывания с определённым биомаркером. После смешивания образца и штрихкодов полученный раствор вводится в недорогое портативное устройство MinION, ранее разработанное Oxford Nanopore.
Устройство содержит проточную ячейку с массивом нанопор (очень маленьких отверстий), которые могут считывать электрический сигнал с каждого проходящего через них ДНК-штрихкода. Сложный электрический сигнал интерпретируется алгоритмом машинного обучения для определения типа и концентрации каждого биомаркера в образце.
ДНК-штрихкоды для каждого теста можно создавать на заказ, специально для биомаркеров, необходимых для характеристики исследуемого заболевания. Использование ДНК-штрихкодов также устраняет необходимость в сложной и длительной пробоподготовке, которая может вносить систематическую ошибку.
Будущее применение
Показав, что метод может успешно измерять 40 молекул miRNA в крови здоровых людей, команда теперь работает с клиническими образцами от пациентов с сердечной недостаточностью для валидации результатов. Такой регулярный тест также может помочь клиницистам установить индивидуальные базовые уровни общих биомаркеров крови.
Метод может ускорить диагностику двумя способами: не только измеряя больше биомаркеров одновременно, но и помогая находить новые. В то время как в настоящее время для диагностики сердечных заболеваний валидированы лишь несколько биомаркеров, одновременное измерение 40 интересующих типов miRNA позволит определить, какие из них релевантны и могут быть валидированы в дальнейшем.