загрузка...
Патологічна фізіологія / Оториноларингологія / Організація системи охорони здоров'я / Онкологія / Неврологія і нейрохірургія / Спадкові, генні хвороби / Шкірні та венеричні хвороби / Історія медицини / Інфекційні захворювання / Імунологія та алергологія / Гематологія / Валеологія / Інтенсивна терапія, анестезіологія та реанімація, перша допомога / Гігієна і санепідконтроль / Кардіологія / Ветеринарія / Вірусологія / Внутрішні хвороби / Акушерство і гінекологія
« Попередня Наступна »

Біочіп або мікроматріц - пристрій для ранньої діагностики ракових клітин, стеження за лікуванням раку і контролю вилікування

Біочіп - це організоване розміщення молекул ДНК або білка на спеціальному носії - «платформі».

Платформа представляє з себе пластинку площею всього 1 см2 або трохи більше. Вона зроблена зі скла або пластику, або з кремнію. На ній в строго визначеному порядку може бути розміщено безліч молекул ДНК або білка. Звідси і присутність в терміні слова - «мікро».

На биочипе можна проводити аналіз молекул різних речовин. Для цього на ньому закріплюють «узнающие» молекули. Кожну з таких молекул позначають терміном - «молекула-зонд», а кожну з досліджуваних молекул -

«молекула-проба».

Молекула-зонд на биочипе визначається самим дослідником, тобто він планує, яку молекулу потрібно шукати серед молекул в досліджуваному матеріалі - в рідини і т.д. Якщо на мікрочіпі досліджується ДНК - це ДНК-чіп, якщо молекула білка - білковий чіп.

Як фіксуються молекули-зонди на биочипе?

У багатьох країнах молекули-зонди прикріплюють прямо до скляній пластинці, тобто до підкладки за допомогою лазерів. У нашій країні молекули-зонди розміщуються в осередку з гелю, діаметром менше 100 мікрон кожна, осередки фіксовані до платівці в процесі виготовлення мікрочіпа. Кількість осередків на чіпі досягає вже кілька тисяч.

В осередках молекули-зонди хімічно прив'язані і знаходяться у функціонально активному стані.

Так як осередки заповнені гелем тривимірної структури, то вони утримують більшу кількість молекул-зондів, ніж чіпи, в яких молекули-зонди просто прикріплені до пластинки. Важливо і те, що хімічна реакція між молекулою-зондом і вноситься в клітинку з гелю молекули-проби, протікає як і в рідинах, а значить, як і в живому організмі.

Вивчення геному і протеома кожного типу клітини в нормі і при будь-якої хвороби дозволить з'ясувати - який ген або гени викликають ту чи іншу хворобу.

На ДНК-чіпі з'ясовується причина виникнення хвороби: дефекти в структурі гена або генів, або зміни активності гена при нормальній його структурі.

На білковому чипі визначаються наслідки «поломок» в гені щодо змін його продукту - білків в клітині. Зміни в гені клітини або білку - це їх мітка або маркер (від англ. Mark - знак, мітка).

Звідси: ген з міткою - це ген-маркер, а білок з міткою - це білок-маркер. Ці маркери дозволяють виявляти у пацієнта дефектну або хвору клітину, характерну для конкретної хвороби, в тому числі і ракову стволовую клітку. При діагностиці хвороби ген-маркер і білок-маркер для контролю порівнюють з нормальним геном клітини і його продуктом - білками.

Ясно, що на ДНК-чіпі молекулою-зондом є ген-маркер, а для контролю в окремій клітинці - нормальний ген, у білковому мікрочіпі в якості молекули-зонда може бути або антитіло, або антиген.

Способи виготовлення биочипов

1. Молекули ДНК або білка попередньо синтезують, а потім розміщують на матриці. Недолік цього методу: невисока щільність молекули-зонда на матриці - до 1000 молекул і трудомісткий процес їх синтезу.

Копії гена-маркера можна отримати ПЛР-ММК методом, такого методу для копій білка-маркера немає. Його копії можна створювати встраиванием іРНК гена білка-маркера в бактерію: E. coli або в клітини дріжджів.

2. Для ДНК-чипів синтез олігонуклеотидів виробляють безпосередньо на матриці. Такі чіпи мають набагато більшою щільністю молекул-зондів.

3. Нанесення олигонуклеотидов в строго певне місце матриці струменевим принтером.

У нашій країні біочіпи - ДНК-чіп і білковий чіп готують за першим способом.

Біочіп - новітнє пристрій для медицини XXI століття. За молекулам-маркерами він дозволяє:

1) діагностувати будь-яку хворобу: до її початку або в самому її початку;

2) знаходити в організмі той чи інший вірус, бактерії і ракові клітини;

3) білковим чіпом можна знаходити ліки серед низькомолекулярних сполук в цілому ряді аналізованих матеріалів;

4) рішення цих завдань на Біочіп можна зробити за лічені годинник, а не дні і т.д.

Принцип дії биочипов і етапи аналізу

1. ДНК-чіп.

Ми знаємо, що молекула ДНК складається з двох комплементарних ланцюгів. Основа кожної ланцюга - це послідовність з чотирьох азотистих основ: аденін (А), гуанін (Г), тимін (Г) і цитозин (Ц).

При цьому послідовність підстав одного ланцюга визначає послідовність основ в інший: А-Т і Г-Ц. Коли між цими комплементарними підставами спонтанно утворюються водневі зв'язки, два ланцюги з'єднуються, тобто гибрідизуючою в подвійну спіраль і утримують ланцюга разом. Саме на здатності комплементарних підстав зв'язуватися один з одним: А з Т, а Г з Ц заснований принцип дії ДНК-чіпа.

Етапи аналізу за допомогою ДНК-чіпа

1. В осередках чіпа фіксовані копії відомого гена-маркера у вигляді одного ланцюга цього гена, тобто його «половинки» - кДНК.

2. З плазми крові від пацієнта виділяється копія гена-маркера, тобто іРНК.

3. На молекулі іРНК за допомогою ферменту зворотної транскриптази синтезують іншу ланцюг гена-маркера, тобто другий його «половинку» - кДНК. ПЛР-ММК розмножують цю кДНК - це молекули-проби, і їх мітять флуоресцентним барвником.

4. Роботом поміщають молекули-проби в певні осередки на чіпі з копією генів-маркерів ракової стовбурової клітини.

Якщо кДНК генів із зразка плазми комплементарна з кДНК у відповідних осередках, то між ними станеться гібридизація, і такі осередки почнуть світитися. Чіп сканують лазером, стежачи за інтенсивністю сигналу флуоресценції в кожному осередку. Тобто гени-маркери в плазмі є, а значить, в організмі пацієнта є ракові стовбурові клітини.
трусы женские хлопок


Якщо ні гібридизації між цими молекулами, значить, немає гена-маркера ракової стовбурової клітини в цьому зразку плазми.

Коли є ген з мутацією, тоді буде гібридизація його кДНК на чіпі з кДНК молекули-зонда, що має цю мутацію. Якщо це ген-супресор wt53, то це також може вказувати на наявність в організмі пацієнта ракової стовбурової клітини або клітин.

Ракова клітина виникає зі стовбурної клітини тканини через включення в неї генів фетальних білків. Тому в молекулах-пробах плазми пацієнта будуть кДНК цих генів і відсутність їх у контролі.

Чим менше в зразку плазми від пацієнта титр епімутантних і мутантних генів-маркерів, тим менше ракових клітин в його організмі.

Виявлення ракових клітин у зразку плазми крові або інших біологічних рідин від пацієнта - сеча, слина, слізна рідина та ін за генам-маркерами, дає можливість поставити діагноз раку, а по генам-маркерами властивості інвазії ракової клітини - мікрометастази раку. І це задовго до виявлення їх стандартними методами - УЗД, рентгенографія, комп'ютерна томографія та ін

Біочіп по генам-маркерами можна виявляти загрозу хвороби. Так, якщо виявлені гени-маркери, але ще немає їх продуктів - білків у клітині, то це виявлення предболезни. По відношенню до раку - це передракові клітини. Так як в цьому випадку биочип дозволяє виявити тільки ймовірність хвороби, то такий чіп поки не піддається сертифікації.

Плазма крові пацієнта - це головний резервуар, куди проникають гени-маркери з тих, що гинуть дефектних або хворих клітин при конкретної хвороби з різних органів, в тому числі з ракових клітин. Такі клітини в організмі можуть гинути за рахунок некрозу і апоптозу, а їхні гени через міжклітинну рідину потім проникають в кров.

Низький титр генів-маркерів в плазмі крові пацієнта з аналізу на ДНК-чіпі і відсутності їх продукту - білків, може означати передхвороба, а за наявності їх - хвороба. У такому ж сенсі це стосується і раку. Це могло б означати ранню діагностику раку - II її рівень.

2. Білковий чіп.

Будова чіпа для аналізу білків те ж, що і у ДНК-чипів. Лише ті чіпи, на яких проходить ферментативна реакція, мають більш рідкісне розташування осередків, а ті, на які йде ДНК-реакція, - більш часте.

Білки-маркери - це продукт «поломок» гена або генів, вони перетворюють нормальну клітку в дефектну або хвору клітину при конкретної хвороби. Ці білки з'являються на поверхні клітин і є білками-антигенами і для кожної хвороби вони свої.

На ракової стовбурової клітці з'являються фетальні білки і білки-рецептори, яких немає на нормальній стовбурової клітці. Чи є вони білками-антигенами - питання не вирішене.

У білковому чипі як молекули-зонда, тобто білка-маркера дефектною чи хворої клітини може бути білок-антиген, тоді в сироватці від пацієнта визначають антитіла до нього. Якщо молекулою-зондом береться антитіло, то в сироватці крові від пацієнта шукають білок-антиген.

У зв'язку з розшифровкою генома людини потрібен аналіз функцій величезної кількості білків в клітинах різного типу, у тому числі раніше невідомих. Тисячі білків можуть бути фіксовані в різних осередках мікрочіпа і одночасно проаналізовані на здатність: пов'язувати відомий ліганд, каталізувати ту чи іншу ферментативну реакцію, взаємодіяти з антитілами, низькомолекулярними сполуками тощо

У ракової клітки важливо вивчати крім білків-маркерів, білків-рецепторів і антитіл до них, білки властивості інвазії, фактор росту ендотелію судин-1 і білок-рецептор до нього на поверхні гемопоетичних клітини та ін

Принцип дії білкового чіпа

Він також заснований на комплементарності беруть участь молекул, але білкових.

1. Антиген зі своїм антитілом. Антиген - це будь-яка речовина, до складу якого зазвичай входить якийсь білок, здатний викликати імунну реакцію.

Антитело - це молекула білка, секретируемая однієї з клітин імунної системи. Форма цієї молекули і розподіл електричного заряду по її поверхні роблять її здатною пов'язувати антиген, комплементарний їй за формою і розподілу заряду.

Вперше ще в 1942 р. нобелівський лауреат Л. Полінг і його колеги висунули вірний постулат, що тривимірна структура антигену і його антитіла

комплементарні і, таким чином, « несуть відповідальність »за утворення комплексу - антиген-антитіло.

2. Субстрат зі своїм ферментом. На основі гіпотези топохимической відповідності специфічність дії ферменту пов'язана з впізнавання тієї частини субстрату, яка не змінюється при каталізі. Між цією частиною субстрату і субстратним центром ферменту виникають точкові контакти і водневі зв'язки.

3. Білок з низькомолекулярним з'єднанням. Для інгібування білка необхідна зв'язок між ними - комплементарної поверхні з'єднання з активними ділянками молекули білка,

4. Фермент з низькомолекулярним з'єднанням. Ферменти та інші білки створюють всі властивості ракової клітини, тому вони є основними мішенями для ліків. Для блокади ферменту низькомолекулярним з'єднанням також необхідна між ними компліментарність: поверхня молекули сполуки при цьому повинна бути копією поверхні ділянки субстрату, яка не змінюється при каталізі.

Етапи аналізу за допомогою білкового чіпа

1. В осередках чіпа фіксований відомий білок-антитіло до білка, який створює дефектну або хвору клітину конкретної хвороби. Шуканий білок - це білок-маркер.

2. З сироватки крові від пацієнта береться зразок сироватки для аналізу. У зразок додають флуоресцентний барвник - кожна молекула білка-маркера отримує цю речовину.


3. За допомогою робота краплі сироватки із зразка поміщають в певні осередки чіпа. Молекули-зонди шукають комплементарні їм молекули серед молекул-проб. Якщо є така молекула, то вона зв'язується з молекулою-зондом в комірці чіпа; між ними відбувається хімічна реакція, і вона починає світитися.

4. Осередки, в яких з'явилося яскраве світіння, вкажуть на присутність шуканого білка білка-маркера. Так як цей білок-маркер з дефектною чи хворої клітини при конкретної хвороби, це вкаже на початок у пацієнта цієї хвороби. Точно також виявляють присутність в організмі пацієнта ракової клітини (-ок) за їх білкам-маркерами.

Якщо в осередках чіпа фіксований білок-антиген, тоді в сироватці крові пацієнта шукають антитіла до білку-маркеру. Якщо в сироватці виявляться антитіла до білку-маркеру, це буде вказувати на наявність в організмі пацієнта ракових клітин, тобто пацієнт хворий. А по білках-маркерами властивості інвазії ракової клітини, наприклад, по наявності білка Mts1 та інших, можна реєструвати гдето в організмі у пацієнта мікрометастази ракових клітин.

Ми вже знаємо, що білки, які утворюються в ракових клітинах, але відсутні в нормальних, це білки-маркери або антигени. Наявність таких білків - ознака того, що ген, що викликає переродження нормальної клітини в ракову, почав свою руйнівну роботу. Виявлення ракової клітини (-ок) по білках-маркерами дозволяє поставити діагноз раку або його мікрометастазів задовго до виявлення його симптомів у пацієнта. Титр білка-маркера в сироватці крові пацієнта визначає кількість ракових клітин в його організмі. Низький титр білків-маркерів з ракових клітин в сироватці крові, а також в інших рідинах пацієнта - ознака малої кількості ракових клітин в організмі пацієнта. Це могло б стати ранньою діагностикою раку - II її рівень.

  Отже, в XXI столітті у міру виявлення генів-маркерів і білків-маркерів, що викликають конкретну хворобу, діагностика її, у тому числі і раку, стане ранньої, тобто на двох рівнях: 1) «до початку» - по генам-маркерами і 2) «на самому початку» - по білках-маркерами.

  Гени-маркери і білки-маркери в дефектною чи хворий клітці - це цілі або мішені для нових ліків. На їх основі будуть створюватися ліки та інші засоби, в тому числі - вакцини. За рахунок комплементарності до молекул-мішеней, ліки будуть діяти вибірково, не ушкоджуючи нормальні клітини.

  Лікар, діючи на гени-маркери хвороби, зможе її запобігти, а впливами на білки-маркери клітин її можна буде вилікувати в самому «зародку».

  Цими двома шляхами лікар отримає, так сказати, повну владу над будь-якою хворобою на клітинному рівні.

  Пошук генів-маркерів і білків-маркерів у різних середовищах організму пацієнта швидко і точно можна виконувати на Біочіп, а гени-маркери, крім цього, можна виявляти за допомогою найточніших методів: ПЛР-ММК і МС-ПЛР. Це означатиме революцію в медицині.

  Вчені виявили гени-маркери і білки-маркери, що викликають конкретну хворобу, в тому числі і виникнення ракової клітини. Тоді стане можливим розробити для ранньої діагностики будь-якої хвороби мінімум наборів: генів-маркерів і білків-маркерів. Вони будуть доповнюватися і уточнюватися в міру одержання нових знань. Це буде генний і білковий «профілі» хвороби, і які будуть перенесені на біочіпи.

  Тестування людини на маркери певної хвороби за допомогою ДНК-чіпа і білкового чіпа має кілька переваг.

  Негативний результат - принесе людині радість і може позбавити його від обстеження стандартними методами: ультразвукове дослідження, рентгенографія та ін

  Позитивний результат - дасть людині можливість, а також час на те, щоб вжити заходів для зниження ризику виникнення хвороби, або при її початку - почати відповідне лікування.

  Особливе значення має рання діагностика раку. Це пов'язано з тим, що, по-перше, причина раку - ракова клітина, а вона з клітки свого організму-господаря і, по-друге, аж до недавнього часу не було відомо абсолютних відмінностей ракової клітини від нормальної клітини.

  До цих пір вважається, що для кожного типу ракової клітини характерні «свої» гени і білки. Але геном в клітці кожного типу - один і той же. Якщо прийняти, що з кожного типу клітини ракова клітина - «своя», тоді чому властивості ракової клітини будь-якого типу - однакові?

  Тип клітини створюється репресією одних генів - через метилування і експресією інших генів - за рахунок деметилювання їх промотора.

  Тепер також доведено, що клітина будь-якого типу стає ракової за рахунок дерепрессии в ній генів фетальних білків. Тобто формування типу клітини і виникнення ракової клітини з нормальної клітини - це незалежні один від одного процеси. З цих двох фактів можна допустити, що спільні гени-маркери та їх продукт - білки для будь-якого типу ракової стовбурової клітини повинні бути.

  Спільними генами і їх продуктами - білками можуть стати: ген і його фермент - теломераза, ген і білок під кодовим позначенням «5Т4», ген oct-4 і білок Oct-4, ген Nanog і білок, ген mts 1 і білок Mts 1, ген остеопонтин і білок та ін

  Якщо це підтвердиться, то це стане справжнім проривом у вирішенні багатьох, якщо не всіх, проблем раку:

  - Рання і точна діагностика ракової стовбурової клітини будь-якого типу на основі загального гена-маркера і його продукту - білка-маркера;

  - Універсальні ліки і засоби, у тому числі вакцина, проти рако-стовбурової клітини та її метастазів. 
« Попередня Наступна »
= Перейти до змісту підручника =
 Інформація, релевантна "Біочіп або мікроматріц - пристрій для ранньої діагностики ракових клітин, стеження за лікуванням раку і контролю вилікування"
  1.  Розкриття секрету життя - значення для медицини та онкології
      У біології проблема сутності життя і її походження завжди стояла під номером один. Головною ознакою життя або живого на рівні клітини є еe поділ, тобто мітоз. Процес мітозу, видимий в мікроскоп, при якому одна клітина ділиться на дві, - «дивовижне явище в біології». Ще дивніше при цьому уявлялося виникнення двох хромосом там, де раніше була тільки
  2.  ДНК-чіп для діагностики ракових клітин первинної пухлини і мікрометастазів по плазмі крові від пацієнта
      Так як диссеминация ракових клітин починається з вузлика з цих клітин в 1-2 мм в діаметрі, то лікування раку можливо лише на шляху його ранньої діагностики. У XXI в. стануть відомими основні гени-маркери і білки-маркери, що перетворюють нормальну клітку на ракову. За ним буде проводитися рання діагностика ракових клітин. Рання діагностика раку - це діагностика його початку. Ще важливіше
  3.  ХВОРОБИ ЩИТОВИДНОЇ ЗАЛОЗИ
      Сідней Г. Інгбар (Sidney H. Ingbar) Нормальна функція щитовидної залози спрямована на секрецію L-тироксину (Т4) і 3,5,3 '-трійод-L-тіроніна (Т3) - йодованих амінокислот, які представляють собою активні тиреоїдні гормони і впливають на різноманітні метаболічні процеси (рис. 324-1). Захворювання щитовидної залози проявляються якісними або кількісними змінами секреції
  4. М
      + + + Магнезія біла, те ж, що магнію карбонат основний. + + + Магнезія палена, те ж, що магнію окис. магнію карбонат основний (Magnesii subcarbonas; ФГ), магнезія біла, в'яжучий і антацидний засіб. Білий легкий порошок без запаху. Практично не розчиняється у воді, що не містить вуглекислоти, розчинний у розведених мінеральних кислотах. Застосовують зовнішньо як присипку, всередину -
  5. Р
      + + + Рабдовіруси (Rhabdoviridae), пестівіруси, сімейства вірусів, що містять однонитчатим несегментірованной РНК лінійної форми; молекулярна маса 3,5-4,6 X 106 дальтон. Віріони пулевідной форми, їх діаметр близько 70 нм, довжиною від 140 до 230 нм, мають мембраноподобная оболонкою, формуються в цитоплазмі брунькуванням з клітинних мембран. Вірус чутливий до дії жірорастворітелей,
  6. С
      + + + Сабур (тур. sabur), висушений сік листя рослини алое (Aloe arborescens) сімейства лілійних; проносний засіб. Темно-бурі шматки або порошок. Добре розчинний у гарячій воді, спирті, розчинах лугів. Діючі початку - антрагликозиди (алоин). У малих дозах діє як гіркота, покращуючи апетит і посилюючи травлення, желчегонно. Місцево чинить слабку подразнюючу,
  7.  Метастазування ракових клітин: молекулярні причини та шляхи запобігання
      Іншим, ще більш небезпечним наслідком властивості інвазії ракових стовбурових клітин, є утворення ними метастазів у різних органах пацієнта. Метастаз - це вторинне вогнище раку, що утворюється через метастазування ракових клітин у віддалені органи. Метастазування (від грец. Metastasis - переміщення) - процес перенесення ракових клітин по кровоносних і лімфатичних судинах з
  8.  Ангіогенез і лімфангіогенез і їх інгібування для пригнічений-ня проліферації ракових клітин первинного раку і метастазів
      З ракової стовбурової клітини за рахунок поділу спочатку в тканини, утворюється скупчення клітин-нащадків вигляді вузлика розміром 1-2 мм. Дж. Фолкмен (D. Folkman, 1970) із США врахував той факт, що коли йде зростання раку з вузлика, клітини в його середині починають відмирати, а ті, що зовні, інтенсивно діляться. У нього виникла ідея, що для зростання раку повинна заново, тобто de novo, створюватися мережу кровоносних
  9.  ПЛР-ММК - метод ранньої діагностики ракових клітин
      З першої ракової клітини за рахунок її поділу спочатку в тканині утворюється вузлик в 1-2 мм в діаметрі. Але вже з цього розміру ракові клітини індукують-ють всередині вузлика ангіогенез і лімфангіогенез. З початком відтоку крові і лімфи з вузлика ракові клітини відокремлюються від нього і з кров'ю і лімфою раз-носяться по організму пацієнта - рак стає хворобою всього організму па-цієнта. З цього
загрузка...

© medbib.in.ua - Медична Бібліотека
загрузка...