Breaking News

Monday, December 23, 2019

Menggunakan sel-sel hati khusus, para peneliti telah menciptakan tes baru yang dapat dengan cepat mendeteksi kerusakan DNA yang berpotensi menyebabkan kanker.


Diperkirakan ada sekitar 80.000 bahan kimia industri yang saat ini digunakan, dalam produk-produk seperti pakaian, larutan pembersih, karpet, dan furnitur. Untuk sebagian besar bahan kimia ini, para ilmuwan memiliki sedikit atau tidak ada informasi tentang potensi mereka untuk menyebabkan kanker.

Deteksi kerusakan DNA dalam sel dapat memprediksi apakah kanker akan berkembang, tetapi tes untuk jenis kerusakan ini memiliki sensitivitas terbatas. Sebuah tim insinyur biologi MIT kini telah menemukan metode penyaringan baru yang mereka yakini dapat membuat pengujian semacam itu jauh lebih cepat, lebih mudah, dan lebih akurat.

Program Toksikologi Nasional, sebuah badan penelitian pemerintah yang mengidentifikasi zat-zat yang berpotensi berbahaya, kini berupaya mengadopsi uji MIT untuk mengevaluasi senyawa baru.

"Harapan saya adalah mereka menggunakannya untuk mengidentifikasi karsinogen potensial dan kami mengeluarkannya dari lingkungan kami, dan mencegahnya diproduksi dalam jumlah besar," kata Bevin Engelward, seorang profesor teknik biologi di MIT dan penulis senior studi ini. . "Butuh waktu puluhan tahun antara waktu Anda terkena karsinogen dan waktu Anda terkena kanker, jadi kami benar-benar membutuhkan tes prediksi. Kami perlu mencegah kanker sejak awal."

Laboratorium Engelward sekarang bekerja untuk memvalidasi tes lebih lanjut, yang menggunakan sel-sel mirip hati manusia yang memetabolisme bahan kimia sangat mirip dengan sel-sel hati manusia nyata dan menghasilkan sinyal khas ketika kerusakan DNA terjadi.

Le Ngo, mantan mahasiswa pascasarjana MIT dan postdoc, adalah penulis utama makalah ini, yang muncul hari ini di jurnal Nucleic Acids Research. Penulis makalah MIT lainnya termasuk postdoc Norah Owiti, mahasiswa pascasarjana Yang Su, mantan mahasiswa pascasarjana Jing Ge, mahasiswa pascasarjana Aliansi Singapura untuk Riset dan Teknologi Aoli Xiong, profesor teknik elektro dan ilmu komputer Jongyoon Han, dan profesor emerita biologi rekayasa Leona Samson.

Carol Swartz, John Winters, dan Leslie Recio dari Integrated Laboratory Systems juga merupakan penulis makalah ini.

Mendeteksi kerusakan DNA

Saat ini, tes untuk bahan kimia penyebab kanker melibatkan mengekspos tikus pada bahan kimia dan kemudian menunggu untuk melihat apakah mereka mengembangkan kanker, yang memakan waktu sekitar dua tahun.

Engelward telah menghabiskan sebagian besar karirnya mengembangkan cara untuk mendeteksi kerusakan DNA dalam sel, yang pada akhirnya dapat menyebabkan kanker. Salah satu perangkat ini, CometChip, mengungkapkan kerusakan DNA dengan menempatkan DNA dalam array microwell pada lempengan gel polimer dan kemudian memaparkannya ke medan listrik. Untaian DNA yang telah patah semakin jauh, menghasilkan ekor yang berbentuk komet.

Sementara CometChip pandai mendeteksi kerusakan pada DNA, serta kerusakan DNA yang siap diubah menjadi patah, CometChip tidak dapat mengambil jenis kerusakan lain yang dikenal sebagai lesi besar. Lesi ini terbentuk ketika bahan kimia menempel pada untaian DNA dan mengubah struktur heliks ganda, mengganggu ekspresi gen dan pembelahan sel. Bahan kimia yang menyebabkan kerusakan seperti ini termasuk aflatoksin, yang diproduksi oleh jamur dan dapat mencemari kacang dan tanaman lainnya, dan benzo [a] pyrene, yang dapat terbentuk ketika makanan dimasak pada suhu tinggi.

Engelward dan murid-muridnya memutuskan untuk mencoba mengadaptasi CometChip sehingga dapat mengambil kerusakan DNA jenis ini. Untuk melakukan itu, mereka mengambil keuntungan dari jalur perbaikan DNA sel untuk menghasilkan istirahat untai. Biasanya, ketika sel menemukan lesi besar, itu akan mencoba memperbaikinya dengan memotong lesi dan kemudian menggantinya dengan potongan DNA baru.

"Jika ada sesuatu yang terselubung pada DNA, Anda harus merobek DNA itu dan kemudian menggantinya dengan DNA segar. Dalam proses pengoyakan, Anda membuat untai putus," kata Engelward.

Untuk menangkap untaian yang rusak itu, para peneliti memperlakukan sel dengan dua senyawa yang mencegahnya mensintesis DNA baru. Ini menghentikan proses perbaikan dan menghasilkan DNA beruntai tunggal yang tidak diperbaiki yang dapat dideteksi oleh tes Comet.

Para peneliti juga ingin memastikan bahwa tes mereka, yang disebut HepaCometChip, akan mendeteksi bahan kimia yang hanya menjadi berbahaya setelah dimodifikasi di hati melalui proses yang disebut bioaktivasi.

"Banyak bahan kimia sebenarnya lembam sampai mereka dimetabolisme oleh hati," kata Ngo. "Di hati Anda memiliki banyak enzim metabolisme, yang memodifikasi bahan kimia sehingga menjadi lebih mudah diekskresikan oleh tubuh. Tetapi proses ini kadang-kadang menghasilkan zat antara yang ternyata lebih toksik daripada bahan kimia asli."

Untuk mendeteksi bahan kimia tersebut, para peneliti harus melakukan tes mereka di sel hati. Sel-sel hati manusia terkenal sulit untuk tumbuh di luar tubuh, tetapi tim MIT mampu memasukkan jenis sel seperti hati yang disebut HepaRG, yang dikembangkan oleh sebuah perusahaan di Perancis, ke dalam pengujian baru. Sel-sel ini menghasilkan banyak enzim metabolisme yang sama yang ditemukan dalam sel-sel hati manusia normal, dan seperti sel-sel hati manusia, mereka dapat menghasilkan zat antara yang berpotensi berbahaya yang menciptakan lesi besar.

Sensitivitas ditingkatkan

Untuk menguji sistem baru mereka, para peneliti pertama kali mengekspos sel-sel seperti hati pada sinar UV, yang diketahui menghasilkan lesi besar. Setelah memverifikasi bahwa mereka dapat mendeteksi lesi seperti itu, mereka menguji sistem dengan sembilan bahan kimia, tujuh di antaranya diketahui menyebabkan kerusakan DNA untai tunggal atau lesi besar, dan menemukan bahwa tes tersebut dapat secara akurat mendeteksi semuanya.

"Metode baru kami meningkatkan sensitivitas, karena harus dapat mendeteksi kerusakan apa pun yang akan dideteksi oleh tes Comet normal, dan juga menambahkan pada lapisan lesi besar," kata Ngo.

Seluruh proses memakan waktu antara dua hari dan satu minggu, menawarkan perputaran yang jauh lebih cepat daripada studi pada tikus.

Para peneliti sekarang sedang berupaya memvalidasi tes lebih lanjut dengan membandingkan kinerjanya dengan data historis dari studi karsinogenisitas tikus, dengan pendanaan dari National Institutes of Health.

Mereka juga bekerja dengan Sistem Laboratorium Terpadu, sebuah perusahaan yang melakukan pengujian toksikologi, untuk berpotensi mengkomersilkan teknologinya. Engelward mengatakan HepaCometChip dapat bermanfaat tidak hanya untuk produsen produk kimia baru, tetapi juga untuk perusahaan obat, yang diharuskan menguji obat baru untuk potensi penyebab kanker. Tes baru dapat menawarkan cara yang jauh lebih mudah dan lebih cepat untuk melakukan layar tersebut.

"Setelah divalidasi, kami berharap ini akan menjadi tes yang direkomendasikan oleh FDA," katanya.

Penelitian ini didanai oleh Institut Nasional Ilmu Kesehatan Lingkungan, termasuk Program Riset Dasar NIEHS Superfund, dan Pusat MIT untuk Ilmu Kesehatan Lingkungan.

No comments:

Post a Comment

Popular Posts