Nowa metoda wczesnego wykrywania zmian w DNA

genetykaW przyszłości to odkrycie może być znaczące między innymi dla spersonalizowanych terapii i wczesnej diagnostyki chorób nowotworowych, genetycznych i neurodegeneracyjnych. Na jego bazie mogą powstać szybkie testy genetyczne w kierunku m.in. raka czy choroby Alzheimera.

Laserowanie

– Kod genetyczny składa się z podwójnej helisy DNA, ale przy bardzo skomplikowanych procesach biologii molekularnej to DNA podlega różnym zmianom, na przykład pod wpływem środowiska, czynników zewnętrznych czy nawet naszego stylu życia. Zatem przy odpowiednich okolicznościach mogą wystąpić błędy, na przykład rozwijanie helisy DNA czy inne procesy, które powodują degradację kwasu nukleinowego. I naszym zadaniem jest zdiagnozowanie takich miejsc, a później zastosowanie terapii celowanych – tłumaczy w rozmowie z agencją informacyjną Newseria Innowacje dr inż. Piotr Hańczyc z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.

Naukowcy z Laboratorium Procesów Ultraszybkich (LPU), działającym na Wydziale Fizyki UW, prowadzą w tej chwili zaawansowane badania z zakresu optyki laserowej.

Wykorzystanie lasera, barwników organicznych i efektu oddziaływania światła z materią pozwoliło im badać różne struktury materiałów biologicznych, takich jak białka lub właśnie DNA. To tzw. laserowanie – precyzyjna technika optyczna, która umożliwia wykrycie zmian w strukturze DNA już na poziomie molekularnym.

Odkrycie na okładce

Odkrycie polskich fizyków może mieć przełomowe znaczenie dla medycyny, ponieważ to właśnie zmiany w DNA są jedną z przyczyn nowotworów.

Wykrywanie ich na bardzo wczesnym etapie pozwoli leczyć je skuteczniej, we wczesnym stadium choroby.

– Jeśli chodzi o nasze badania, staramy się iść właśnie w tym kierunku, aby wykrywać te zmiany i dać potencjalną informację dla terapii przeciwnowotworowych – wskazuje dr Piotr Hańczyc.

Efekty badań prowadzonych przez fizyków z UW są na tyle przełomowe, że zostały już opublikowane w prestiżowym „The Journal of Physical Chemistry Letters”, a grafikę wizualizującą odkrycie umieszczono na okładce czasopisma.

Emisja spontaniczna

– Odkrycie, którego dokonaliśmy, polega na wybarwieniu tych struktur DNA za pomocą barwnika histologicznego – bardzo popularnego, powszechnie stosowanego w medycynie i wykorzystywanego w laboratoriach diagnostycznych. I jest to o tyle rewolucyjne i ciekawe, że pozwala na dużo większą czułość wykrywania tych zmian strukturalnych za pomocą technik spektroskopii laserowej, z których korzystamy w LPU – mówi fizyk z UW.

Jak wyjaśnia, technologia opracowana przez fizyków z UW jest rozwinięciem metod, które są już szeroko wykorzystywane w laboratoriach diagnostycznych, o nowe zjawisko optyczne. Można ją więc łatwo zaimplementować do już istniejących procedur.

– Laserowanie to wzmocnienie emisji światła, tzw. fluorescencji, w procesie wzmocnionej emisji spontanicznej. Brzmi to bardzo fachowo, natomiast polega tylko na tym, że wykorzystujemy lasery do napompowania cząsteczek barwnika związanych z DNA. Z drugiej strony – obserwujemy ten sam efekt, który jest podstawą lasera, czyli efekt laserowania, i jest to tzw. wzmocniona emisja spontaniczna. To zjawisko pozwala na generację silnego światła w odpowiedzi na zmiany w materiale biologicznym, takim jak właśnie DNA. Pozwala to poprawić efektywność wykrywania potencjalnych zmian czy uszkodzeń w kodzie genetycznym – wyjaśnia dr Piotr Hańczyc.

Diagnostyka

Co istotne, odkrycie polskich fizyków może być znaczące nie tylko dla wczesnej diagnostyki nowotworów czy chorób genetycznych.

Prace nad zastosowaniem wzmocnionej emisji spontanicznej w materiałach biologicznych, które są aktualnie prowadzone w LPU, dotyczą bowiem nie tylko struktury DNA.

Obejmują też mechanizmy agregacji białek, które prowadzą do powstawania toksycznych agregatów, tzw. amyloidów. Są one odpowiedzialne m.in. za rozwój choroby Alzheimera i Parkinsona. W przyszłości nową technologię można będzie więc wykorzystywać w diagnostyce chorób neurodegeneracyjnych i otępiennych.

– Aby mówić o wymiernych korzyściach i diagnostyce dostępnej dla pacjentów, którzy mieli np. w rodzinie chorobę Alzheimera, musimy najpierw nawiązać szeroko rozumianą współpracę ze środowiskiem medycznym i przeprowadzić duże badania statystyczne. Pokazaliśmy już efekt optyczny – zjawisko nowe, bardzo ciekawe i może być przełomowe – podkreśla dr Piotr Hańczyc. – Natomiast wszystko to musi jeszcze zostać potwierdzone w badaniach klinicznych, prowadzonych wspólnie z lekarzami, musimy to przeanalizować na reprezentatywnej grupie próbek. I to dopiero pierwszy etap badań klinicznych. Później jest etap drugi i trzeci, kiedy możemy myśleć o gotowym teście diagnostycznym dla pacjentów.