Tất cả các tế bào ung thư có phải đều giống nhau?
Mới đây các nhà nghiên cứu đã lấy hai tế bào ung thư và so sánh bộ gen của chúng. Tuy nhiên, họ đã rất ngạc nhiên khi thấy, chúng có thể khá khác nhau. Vì thế biến thể di truyền này là một trong những đặc điểm nổi bật của bệnh ung thư và đây là một lý do tại sao việc điều trị ung thư hiện đang rất khó khăn.
Một khối u nếu được tạo thành từ các tế bào có nhiều bộ gen khác nhau, một loại thuốc có thể không giết chết hết tất cả. Tuy nhiên nếu các bác sĩ có thể nhận biết được sự biến đổi di truyền thì họ có thể phát triển các phương pháp điều trị nhắm mục tiêu.
Một phần trong nghiên cứu, chúng tôi đã thử nghiệm một tế bào ung thư trên một thiết bị, từ đó trích xuất DNA của nó và tạo ra một thông tin chi tiết về trình tự của nó. Và kết quả của nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Science ( PNAS).
Ánh xạ quang học DNA từ một tế bào
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã sử dụng một kỹ thuật gọi là ánh xạ quang học, đây là nơi cung cấp thông tin lớn về gen.
Bằng cách so sánh ánh sáng quang học từ một tế bào duy nhất so với các tế bào khác ở người, chúng ta có thể xác định sự khác biệt giữa chúng. Những thông tin này có thể tiết lộ tính không đồng nhất di truyền trong khối u và thậm chí có thể chỉ ra cách các tế bào đã phát triển thành khối u.
Ánh xạ quang học DNA từ một tế bào bao gồm bốn bước:
- Đầu tiên các nhà nghiên cứu chụp một tế bào và trích xuất các đoạn DNA dài của nó.
- Sau đó, họ nhuộm các đoạn DNA bằng huỳnh quang.
- Tiếp theo, họ làm nóng các phân tử DNA. Đối với những thuốc nhuộm tốt hơn sẽ xuất hiện ở một số nơi và tùy thuộc vào trình tự DNA. Điều này giống như một mô hình mã vạch trên các phân tử.
- Cuối cùng, các nhà nghiên cứu mở rộng và hình ảnh các phân tử dưới kính hiển vi để đọc 'mã vạch'.
Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đã phát triển một thiết bị nhựa giá rẻ có thể tích hợp cả bốn bước. Các bước được thể hiện trong hình dưới đây.
Có phải tất cả các tế bào ung thư đều giống nhau?
Trình tự so với ánh xạ quang
Vậy tại sao sử dụng ánh xạ quang học mà không nhất thiết cần phải là trình tự DNA thông thường? Bởi vì trong các phương pháp giải trình tự DNA thông thường có ưu điểm là chúng có độ phân giải ở nhiều bản sao, nghĩa là mọi bản sao trong phân tử DNA đều có thể được xác định. Vì thế nếu được cung cấp đủ dữ liệu, các nhà nghiên cứu có thể giải trình tự toàn bộ gen từ một tế bào người - khoảng 6 tỷ bản sao - trong vài ngày. Tuy nhiên, để sắp xếp một bản sao bộ gen ở người là rất khó khăn. Và đó là tất cả những gì các nhà nghiên có khi bắt đầu với một tế bào duy nhất.
Một trong những khó khăn ở nghiên cứu này là các phương pháp giải trình tự DNA thông thường đòi hỏi nhiều bản sao của bộ gen. Vì mỗi bản sao của bộ gen chỉ có trong mỗi tế bào, bước đầu tiên là sao chép bộ gen nhiều lần. Đây được gọi là khuếch đại DNA. Nhưng đôi khi lỗi sao chép có thể xảy ra và làm mờ kết quả.
Một khó khăn khác là mỗi bản sao của phân tử DNA đều được cắt ngẫu nhiên thành các mảnh nhỏ, chỉ dài vài trăm bản sao. Những mảnh này sau đó sẽ được trình tự. Các kết quả, sau đó được tập hợp thành một bộ gen đầy đủ bằng sắp xếp các lần đọc chồng chéo một phần lên nhau.
Hiện tại cũng rất khó để phát hiện sự thay đổi cấu trúc, chẳng hạn như các mẫu lặp đi lặp lại hoặc chèn / thiếu các yếu tố di truyền. Tuy nhiên, chính loại thông tin cấu trúc này có thể chứng minh những hữu ích trong việc lựa chọn phương pháp điều trị ung thư.
Về lý thuyết, có một cách rõ ràng và hiệu quả hơn để đọc trình tự DNA. Bộ gen này được mã hóa trên 48 phân tử DNA trong các sợi dày từ hai nanomet đến tám cm. Vì vậy, tại sao không chọn đọc chuỗi DNA từ đầu này sang đầu kia?
Câu trả lời là ánh xạ quang học gần như thực hiện điều này: Nó cung cấp một "dấu vân tay" của chuỗi DNA cơ bản của các phân tử DNA lên tới 1 triệu cặp bản sao. Điều này cho thấy nó cần nhiều thời gian hơn. Và ánh xạ quang học cũng tránh các bước khuếch đại cần thiết cho trình tự DNA.
Các mảnh dài này giúp cho nó có thể phát hiện các cấu trúc thay đổi từ một vài cặp bản sao lên đến vài trăm cặp bản sao. Đối với các biến thể nhỏ hơn cũng có thể được phát hiện với trình tự DNA.
Vì vậy, hai phương thức (trình tự và ánh xạ) là bổ sung cho nhau. Và về nguyên tắc, cùng một phân tử DNA có thể có ánh sáng quang học và sau đó được giải trình tự.
Hướng tới điều trị ung thư hiệu quả và cá nhân hơn
Bên cạnh đó, khả năng trình tự bộ gen ở cấp độ đơn bào có thể dẫn đến các phương pháp điều trị ung thư hiệu quả và cá nhân hơn. Tuy nhiên, như chúng tôi đã giải thích ở trên thì trình tự DNA từ một tế bào đơn, vì thế đòi hỏi các nhà nghiên cứu cần sử dụng các kỹ thuật trình tự hiện tại.
Đây là lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã chứng minh được ánh xạ quang học có thể phát hiện các biến thể di truyền quy mô lớn trong một phân tử DNA được lấy từ một tế bào. Và chúng tôi đã làm điều này mà không cần các bước khuếch đại theo yêu cầu của các phương pháp trình tự DNA.
Việc chuẩn bị mẫu được thực hiện hoàn toàn trên một thiết bị trong phòng thí nghiệm và sử dụng từ một con chip, bắt đầu từ một tế bào duy nhất và hoàn thiện với dữ liệu gen hữu ích. Đây là một khía cạnh công nghệ quan trọng trong công việc của chúng tôi, ví dụ như hạn chế các thiết bị sử dụng các hóa chất đắt tiền và giảm thiểu các nguy cơ ô nhiễm.
Cho đến nay, công việc của chúng tôi vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu. Thiết bị của chúng tôi vẫn chưa sẵn sàng để được sử dụng trong bệnh viện và khó khăn bây giờ là tăng thông lượng, vì vậy chúng tôi có thể phân tích nhiều phân tử DNA hơn cùng một lúc. Mục tiêu chính của nghiên cứu là ánh xạ quang học ở tất cả các DNA từ một tế bào.
Thông lượng:
Là tốc độ sản xuất tối đa hoặc tốc độ tối đa một cái gì đó có thể được xử lý.