איבחון מוקדם

מערכת לזיהוי מדויק של תהליכים הקשורים להתפתחות סרטן פותחה בפקולטה להנדסה ביורפואית בטכניון בשיתוף חוקרים מגרמניה ומאוניברסיטת תל אביב

פרופ' עמית מלר

פרופ' עמית מלר

קבוצת חוקרים מהטכניון פיתחה שיטה חדשנית לאיתור שיבושים במולקולות DNA, וזאת באמצעות העברתן בננו-חרירים. המחקר, שהתפרסם לאחרונה בכתב העת ACS Nano , מתמקד בגילוי של תת-מתילציה במולקולת ה-DNA – תהליך המעיד במקרים רבים על התפתחות גידולים סרטניים. את המחקר הובילו הדוקטורנטיות טל גלבוע וחן טורפשטיין ממעבדתו של פרופ' עמית מלר בפקולטה להנדסה ביורפואית בטכניון, בשיתוף קבוצות מחקר מאוניברסיטת אאכן בגרמניה ומאוניברסיטת תל אביב.

מתילציה היא אחד התהליכים החיוניים בחיי האורגניזם, שכן היא ממלאת תפקיד מרכזי בתהליך הביטוי הגנטי המתרגם את ההנחיות המוצפנות ב-DNA ליצירת חלבונים. שיבושים בתהליך המתילציה עלולים להוביל למחלות שונות ובהן סרטן מסוגים שונים, וזאת כתוצאה מהתרחשות של אחד משני תהליכים באזור הפרומוטור, שם מתחיל תהליך התרגום הגנטי: (1) הגברת הביטוי הגנטי של גנים מחוללי סרטן כתוצאה מירידה ברמת המתילציה שלהם, או (2) השתקתם של גנים מעכבי-סרטן, כגון P53, כתוצאה מעלייה ברמת המתילציה.

השיטות הקיימות כיום לניטור רמות המתילציה במולקולות DNA מבוססות על מיצוע (מלשון ממוצע) של המידע המתקבל ממספר רב של מולקולות. זוהי מגבלה משמעותית מאוד משום שגידולים סרטניים מאופיינים בהטרוגניות גבוהה, כלומר בשוני ניכר בין רמות המתילציה של התאים השונים בתוך הגידול (intratumoral heterogeneity). יתר על כן, רמת המתילציה בתא הבודד עשויה להעיד על דרגת ההתפתחות של הגידול הסרטני. לכן, אומר פרופ' מלר, "התקווה היא שחישה ברמת המולקולה הבודדת (single-molecule sensing), כפי שאנו מדגימים במאמר, תאפשר בעתיד אבחון של סרטן בשלבים מוקדמים, תוך התבססות על גנומיקה אישית."

משמאל: תרשים סכמטי של המערכת ושל מולקולות ה-DNA המצומדות למולקולה סינתטית ה"מושכת" אותן דרך החור. מימין: דוגמא לאות האופטי (בשני צבעים) המעיד על רמת המתילציה

משמאל: תרשים סכמטי של המערכת ושל מולקולות ה-DNA המצומדות למולקולה סינתטית ה"מושכת" אותן דרך החור. מימין: דוגמא לאות האופטי (בשני צבעים) המעיד על רמת המתילציה

קבוצת המחקר פיתחה טכנולוגיה המבוססת על העברת מולקולת ה-DNA בתוך ביו-חיישן חרירי (nanopore bio-sensor). בשלב הראשון מתויגים האתרים הלא ממותלים במולקולה בסמנים אופטיים, וזאת באמצעות אנזימים הקושרים את הסמן האופטי לרצפים ספציפיים ב-DNA שאינם מכילים קבוצות מתיל. בשלב הבא מועברות המולקולות המתויגות, באמצעות שדה חשמלי, דרך ננו-חריר (nanopore) בקוטר כ-4 ננומטר, שעליו מוקרנות במקביל קרני לייזר במספר צבעים. רמות המתילציה ברכיבי מולקולת ה-DNA נמדדות בשתי דרכים במקביל – אופטית וחשמלית. השימוש בכמה צבעים, כפי שהוא מודגם במאמר, יאפשר בעתיד זיהוי וכימות מקבילי של כמה סמנים שונים על מולקולות ה-DNA.

לשיטה החדשה, אומר פרופ' מלר, יתרונות רבים על פני שיטות קיימות לניטור מתילציה. "מדובר בסימון חד-שלבי ובדיטקציה (גילוי) פשוטה ומהירה יחסית לאלטרנטיבות. בנוסף, ההצלבה בין הנתונים המתקבלים בו זמנית – האופטי והחשמלי – מספקת לנו מידע מדויק מאוד על רמות המתילציה האמורות. השיטה הזאת מספקת לנו מידע ברמת המולקולה הבודדת, כלומר מידע רלוונטי ויעיל לאבחון של תאים סרטניים, המאופיינים כאמור בהטרוגניות רבה ברמות המתילציה של מולקולות ה-DNA.  בנוסף, השיטה מאפשרת דיטקציה במקביל של כמה סמנים אפיגנטיים כגון מתילציה והידרוקסימתילציה, דבר שאינו אפשרי בשיטות הקיימות כיום. במאמר ב- ACS Nano אנו מציגים למעשה הוכחת היתכנות לטכנולוגיה חדשנית ומקורית, שיש לה פוטנציאל רב להתפתח לכדי שימוש קליני שיסייע באבחון סרטן בשלב מוקדם מאוד, וזאת על סמך בדיקה של מולקולות DNA בודדות."

המחקר נערך על ידי צוות המחקר של פרופ' עמית מלר מהפקולטה להנדסה ביורפואית, התוכנית הבינתחומית לננו-מדעים ומרכז לוקיי למדעי החיים וההנדסה בטכניון, בשיתוף חוקרים מגרמניה ומאוניברסיטת תל אביב. שיתוף הפעולה בין הטכניון ואוניברסיטת אאכן מבוסס על מענק הזנק במסגרת תוכנית המטרייה (Umbrella cooperation), שניתן לפרופ׳ מלר ופרופ׳ אלמר ווינהולד לפני כמה שנים על ידי משרד המשנה לנשיא הטכניון למחקר. מענק זה, ותמיכה של מרכז המצוינות (I-Core) של הקרן הלאומית למדעיים, אפשר לחוקרים לקבל מימון נוסף מהאיחוד האירופי במסגרת קונסורציום BeyondSeq  שהוקם יחד עם אוניברסיטת תל אביב ושותפים נוספים.

 

טל גלבוע (002)

טל גלבוע

 

 

חן טורפשטיין

חן טורפשטיין