Se estima que hay aproximadamente 80, 000 productos químicos industriales actualmente en uso, en productos como ropa, soluciones de limpieza, alfombras, y muebles. Para la gran mayoría de estos químicos, los científicos tienen poca o ninguna información sobre su potencial para causar cáncer.

La detección de daños en el ADN de las células puede predecir si se desarrollará cáncer, pero las pruebas para este tipo de daño tienen una sensibilidad limitada. Un equipo de ingenieros biológicos del MIT ha ideado un nuevo método de detección que creen que podría hacer que estas pruebas sean mucho más rápidas. más fácil, y más precisa.

El Programa Nacional de Toxicología, una agencia de investigación del gobierno que identifica sustancias potencialmente peligrosas, ahora está trabajando en la adopción de la prueba MIT para evaluar nuevos compuestos.

"Mi esperanza es que lo usen para identificar carcinógenos potenciales y los saquemos de nuestro medio ambiente, y evitar que se produzcan en cantidades masivas, "dice Bevin Engelward, profesor de ingeniería biológica en el MIT y autor principal del estudio. "Pueden pasar décadas entre el momento en que se expone a un carcinógeno y el momento en que se contrae el cáncer, por lo que realmente necesitamos pruebas predictivas. Necesitamos prevenir el cáncer en primer lugar ".

El laboratorio de Engelward ahora está trabajando para validar aún más la prueba, que utiliza células similares al hígado humano que metabolizan sustancias químicas de manera muy similar a las células hepáticas humanas reales y producen una señal distintiva cuando se produce un daño en el ADN.

Le Ngo, un ex estudiante de posgrado y posdoctorado del MIT, es el autor principal del artículo, que aparece hoy en la revista Investigación de ácidos nucleicos . Otros autores del artículo del MIT incluyen a la postdoctora Norah Owiti, estudiante de posgrado Yang Su ex estudiante de posgrado Jing Ge, Aoli Xiong, estudiante de posgrado de la Alianza Singapur-MIT para la Investigación y la Tecnología, profesor de ingeniería eléctrica e informática Jongyoon Han, y la profesora emérita de ingeniería biológica Leona Samson.

Carol Swartz, John Winters, y Leslie Recio de Integrated Laboratory Systems también son autores del artículo.

Detectando daño al ADN

En la actualidad, Las pruebas para determinar el potencial cancerígeno de las sustancias químicas implican exponer a los ratones a la sustancia química y luego esperar a ver si desarrollan cáncer. lo que tarda unos dos años.

Engelward ha pasado gran parte de su carrera desarrollando formas de detectar daños en el ADN en las células, que eventualmente puede conducir al cáncer. Uno de estos dispositivos, el CometChip, revela el daño del ADN colocando el ADN en una serie de micropocillos en una placa de gel de polímero y luego exponiéndolo a un campo eléctrico. Las hebras de ADN que se han roto viajan más lejos, produciendo una cola en forma de cometa.

Si bien el CometChip es bueno para detectar roturas en el ADN, así como el daño del ADN que se convierte fácilmente en roturas, no puede detectar otro tipo de daño conocido como lesión voluminosa. Estas lesiones se forman cuando los productos químicos se adhieren a una hebra de ADN y distorsionan la estructura de doble hélice. interfiriendo con la expresión génica y la división celular. Los productos químicos que causan este tipo de daño incluyen aflatoxinas, que es producido por hongos y puede contaminar el maní y otros cultivos, y benzo [a] pireno, que se puede formar cuando los alimentos se cocinan a altas temperaturas.

Engelward y sus estudiantes decidieron intentar adaptar el CometChip para que pudiera detectar este tipo de daño en el ADN. Para hacer eso, aprovecharon las vías de reparación del ADN de las células para generar roturas de hebras. Típicamente, cuando una célula descubre una lesión voluminosa, tratará de repararla cortando la lesión y luego reemplazándola con una nueva pieza de ADN.

"Si hay algo adherido al ADN, tienes que arrancar ese tramo de ADN y luego reemplazarlo con ADN nuevo. En ese proceso de rasgadura, estás creando una ruptura de hebra, "Dice Engelward.

Para capturar esos hilos rotos los investigadores trataron las células con dos compuestos que les impiden sintetizar nuevo ADN. Esto detiene el proceso de reparación y genera ADN monocatenario sin reparar que la prueba Comet puede detectar.

Los investigadores también querían asegurarse de que su prueba, que se llama HepaCometChip, Detectaría sustancias químicas que solo se vuelven peligrosas después de ser modificadas en el hígado a través de un proceso llamado bioactivación.

"Muchas sustancias químicas son inertes hasta que son metabolizadas por el hígado, "Ngo dice." En el hígado hay muchas enzimas metabolizadoras, que modifican las sustancias químicas para que el cuerpo las excrete más fácilmente. Pero este proceso a veces produce productos intermedios que pueden resultar más tóxicos que el químico original ".

Para detectar esos químicos, los investigadores tuvieron que realizar su prueba en células hepáticas. Las células hepáticas humanas son muy difíciles de cultivar fuera del cuerpo. pero el equipo del MIT pudo incorporar un tipo de célula similar al hígado llamada HepaRG, desarrollado por una empresa en Francia, into the new test. These cells produce many of the same metabolic enzymes found in normal human liver cells, and like human liver cells, they can generate potentially harmful intermediates that create bulky lesions.

Enhanced sensitivity

To test their new system, the researchers first exposed the liver-like cells to UV light, which is known to produce bulky lesions. After verifying that they could detect such lesions, they tested the system with nine chemicals, seven of which are known to lead to single-stranded DNA breaks or bulky lesions, and found that the test could accurately detect all of them.

"Our new method enhances the sensitivity, because it should be able to detect any damage a normal Comet test would detect, and also adds on the layer of the bulky lesions, " Ngo says.

The whole process takes between two days and a week, offering a significantly faster turnaround than studies in mice.

The researchers are now working on further validating the test by comparing its performance with historical data from mouse carcinogenicity studies, with funding from the National Institutes of Health.

They are also working with Integrated Laboratory Systems, a company that performs toxicology testing, to potentially commercialize the technology. Engelward says the HepaCometChip could be useful not only for manufacturers of new chemical products, but also for drug companies, which are required to test new drugs for cancer-causing potential. The new test could offer a much easier and faster way to perform those screens.

"Once it's validated, we hope it will become a recommended test by the FDA, " ella dice.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.