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    Los patrones de fluorescencia ayudan al diagnóstico médico

    En la secuencia normal (arriba), el electrón se mueve lentamente y parpadea lentamente. En el caso de una mutación, el electrón se mueve rápido y parpadea rápido. La velocidad del movimiento de los electrones se mide en moléculas individuales por la tasa de parpadeo para diagnosticar mutaciones puntuales. Contenido original 2022, Shunya Fan et al. Cinética de transferencia de electrones a través de ácidos nucleicos desenredados por parpadeo de fluorescencia de una sola molécula. Crédito:ChemSin restricciones

    Las imágenes médicas estándar detectan fácilmente la mayoría de los cánceres cerebrales sólidos, un tercio de los cuales son gliomas. Desafortunadamente, a menudo son necesarias dos cirugías complejas. Pero ahora, los investigadores de Japón pueden haber ideado una forma de realizar la biopsia inicial, las pruebas de laboratorio y la posterior extirpación del tumor durante un procedimiento quirúrgico.

    Durante la primera operación de un glioma, una biopsia quirúrgica, el cirujano recolecta una muestra del tejido sospechoso. Luego, un laboratorio realiza pruebas en la muestra para diagnosticar el tipo de cáncer (es decir, si es benigno o no) y para determinar qué tipo de malignidad. Dependiendo del plan de tratamiento resultante, es posible que necesite una segunda operación quirúrgica.

    Sin embargo, en un estudio publicado recientemente en Chem , investigadores de la Universidad de Osaka y socios colaboradores han utilizado una técnica avanzada de fluorescencia basada en ADN que podría ayudar a llevar el diagnóstico del cáncer en tiempo real a la práctica médica. Este estudio responde preguntas científicas básicas de larga data y podría abrir nuevas direcciones en la atención médica.

    La transferencia de electrones fotoinducida es la base de muchos biosensores basados ​​en ADN. La comprensión de los investigadores de la cinética (es decir, la velocidad) de este proceso se basa en el comportamiento promedio de muchas moléculas, conocido como medidas de conjunto. "Tales mediciones oscurecen el comportamiento de una sola molécula que es fundamental para la cinética de la transferencia de electrones", explica Shuya Fan, autor principal, "pero nuestra investigación aclara esta oscuridad. Utilizamos la espectroscopia de correlación de fluorescencia para medir los patrones de fluorescencia transitorios (parpadeo de fluorescencia) y en al hacerlo, se descubrió la química de una sola molécula que hará avanzar las aplicaciones de diagnóstico".

    Un electrón migra a través del ADN y el dúplex híbrido ADN/ARN. En este estudio, el centro de pérdida de electrones (agujero) se movió a través del dúplex; y la película representa el movimiento del agujero (esfera blanca). Debido a que la tasa de transferencia de electrones depende de la secuencia de ácido nucleico, se puede leer la información de la secuencia midiendo la cinética de transferencia de electrones. En este estudio, nos enfocamos en detectar la mutación R132H c.395 G>A, una mutación puntual en el ARNm de IDH1 que es común en los gliomas adultos de grado II y III. Las sondas de ADN diseñadas para hibridarse con el ARNm de IDH1 en las células comenzaron a parpadear tras la hibridación, lo que facilitó la medición de la cinética de transferencia de electrones. Al medir el tiempo de APAGADO durante el parpadeo, accedimos a la dinámica de la transferencia de electrones. En el dúplex de sonda/mutante, el parpadeo ocurrió más rápido que en el dúplex de sonda/tipo salvaje. Observamos un parpadeo rápido en secciones patológicas de bloques de células que sobreexpresaron el ARN mutante de IDH1, mientras que observamos un parpadeo pequeño en bloques de células que expresaron solo IDH1 de tipo salvaje. Esto nos permitiría identificar especímenes patológicos obtenidos durante la cirugía, como se presenta como una perspectiva futura en la última parte de esta película. Al usar el orificio inyectado como un pulso de sonido, análogo al ping de un sistema de sonar activo, y medir el tiempo requerido para que el orificio regrese, se puede leer información sobre la secuencia de ácido nucleico que está asociada con la molécula fluorescente. Crédito:Shunya Fan et al. Cinética de transferencia de electrones a través de ácidos nucleicos desenredados por parpadeo de fluorescencia monomolecular, Chem .

    Los investigadores midieron la relación entre la cinética de la transferencia de electrones en moléculas individuales de ADN con la distancia y la secuencia del ADN. La base de su trabajo fue fotoirradiar una molécula fluorescente, que iniciaba la transferencia de electrones desde el ADN. Una técnica matemática conocida como análisis de autocorrelación indicó que una mayor distancia entre la molécula fluorescente y un donante de electrones (un aceptor de huecos) correspondía a una menor velocidad de parpadeo de la fluorescencia.

    "Inesperadamente, la tasa de transferencia de electrones para cualquier secuencia de ADN dada era un rango único de valores:un patrón, en lugar de un valor preciso", dice Kiyohiko Kawai, autor principal. "Utilizamos el parpadeo de fluorescencia correspondiente para detectar una mutación puntual de glioma de ARNm en células cultivadas".

    Una extensión inmediata de esta investigación es una mayor comprensión de cómo se propagan las mutaciones puntuales en el cuerpo. Además, el enfoque de los investigadores es compatible con el diagnóstico de glioma en tiempo real durante una biopsia quirúrgica. Por lo tanto, la terapia dirigida contra el cáncer sin la necesidad de múltiples cirugías es una extensión realista adicional de este desarrollo de investigación. Tal vez en base a esta investigación, la cirugía del cáncer será más simple, rápida y efectiva que en la actualidad. + Explora más

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