CRISPR-on-a-chip kan fungera som ett verktyg för cancer diagnos

CRISPR, ett barn av modern biologi, växer med stormsteg. Det har vuxit från en märklig del av den bakteriologiska immunförsvaret till ett verktyg för att behandla genetiska sjukdomar, förbättra mikro-organismer, förbättring av produktion av livsmedel och skadedjursbekämpning. Sedan dess har forskare antagit detta verktyg för att redigera gener och började använda det i däggdjursceller, CRISPR var barrikaderat i cellmembranen. Tekniken för redigering av gener som fungerar hans magi, skär bitar av felaktiga DNA och föra in friska ersättare. Alla dessa steg genom att klippa och klistra segment ägde rum i levande celler. Tills nu.

Under förra veckan i tidskriften CRISPR Journal en studie som publicerades befriad TISDAGEN från sin cell i fängelset. Att byta ut komponenten ""Skattkammaren" CRISPR alternativ version, forskare från Institutet för redigering av gener i Delaware och har utvecklat ett nytt system som kallas CRISPR, som kan skära fritt flytande DNA in vitro.

För Att hjälpa till att genomföra reaktionen injektionsflaska med cell utdrag: en uppsättning av enzymer och andra biomolekyler för arbete på TISDAG.

Vad är genombrott?

Diagnostiska mirakel

För att Få CRISPR att arbeta utanför buren kan det tyckas märkligt akademiska uppgift, men i systemets utveckling, forskare i åtanke två specifika mål.

För det första, detta verktyg gör det möjligt för forskare att samtidigt göra flera genetiska knockouts, medan tidigare versioner var begränsade till redigering av DNA i en enda gen. Detta är goda nyheter för personlig medicin, särskilt diagnos av cancer, många cancer har mutationer i flera olika ställen att svara för att olika behandling på olika sätt.

Innan du börjar behandlingen, ofta läkare skicka en biopsi prov på tumören för DNA-sekvensering. Detta viktiga steg hjälper till att identifiera många av de genetiska mutationer som leder till tillväxt eller spridning av en viss tumör.

Med det nya verktyget, kan forskarna exakt simulera dessa mutationer i syntetiska DNA-fragment i en in vitro, i huvudsak återskapa en cancer i en säker och kontrollerad miljö. Detta ger forskare tillgång till biologiska vägar som berörs av mutationer, och kan bidra till skapandet av personlig behandling strategier.

ännu mer imponerande, denna typ av diagnostik kan hållas på bara en dag. "Detta är särskilt viktigt för diagnos relaterade till cancer, när det är en fråga om minuter eller timmar," säger studiens författare Dr. Eric Kmiec.

Kmiec inte den första såg CRISPR diagnostiska verktyg. Att dessutom genterapi, CRISPR, kan visa sig kraftfullt i diagnosen, det var klart för länge sedan. Tidigare skrev vi om det faktum att två grupper av forskare som i praktiken lever på virus, zika, denguefeber eller farliga stammar av HPV som kan leda till livmoderhalscancer.

Kmiec hävdar att hans uppfinning kräver en "betydligt" mindre tid för att bekräfta förekomsten av cancer utanför kroppen, främst på grund av möjligheten att göra flera versioner på en gång.

Att Realisera den potential och lönsamhet av CRISPR som ett diagnostiskt verktyg, Kmiec och hans kollegor är redan letar efter en kommersiell partner för att utveckla tekniken "CRISPR-on-a-chip" för att diagnostisera cancer.

Om du lägger undan den omedelbara tillämpningar, teamet hoppas även att utöka den terapeutiska potentialen av CRISPR till ett mycket bredare spektrum av mänskliga sjukdomar. Befintliga CRISPR verktyg som är idealiska för behandling av sjukdomar som orsakas av mutationer i en enda gen som sicklecellanemi eller Huntingtons sjukdom. Men eftersom arbetet Cieca som syftar till att flera gener samtidigt, det kan leda till behandling av sjukdomar med mer komplexa genetiska ursprung av flera mutationer i flera olika gener — om dessa mutationer är väl karakteriserade.

Genom linsen

Isolering av CRISPR in vitro har en annan fördel: den gör det möjligt för forskare att tydligt förstå vad som händer innan, under och efter redigering. Och eftersom kliniska prövningar CRISPR aktivt främjas är det viktigt att förstå hur man kan göra tekniken mer korrekt och effektivt.

Iran har redan uppnått en hel del, men den obehagliga sanningen är att forskarna fortfarande inte är säker på hur verktyget fungerar, hur i buren. Hur verktyg interagera med andra biokomponenter i en bur? Han skär av det mål-DNA eller dess sax kan gå bärsärkagång i vissa fall?

"När du arbetar med CRISPR i den cell som du arbetar i en svart låda, som inte kan följa de mekanismer som gör dessa fantastiska saker, säger Kmiec. "Du kan se resultatet, dvs förändringar i gener, men hur kom du fram till den — inte nödvändigtvis, och detta är viktigt för att säkerställa säkerheten av CRISPR att behandla patienter."

Att Begränsa CRISPR serie av biokemiska reaktioner i ett provrör, forskare föreslår ett sätt att undersöka den komplicerade molekylära interaktioner som sker under snittet av DNA-gen ersättning och andra processer. Strategi uteslutande inskränkt. Men det gör cell-free system att fungera som Arduino, att experimentera med möjligheterna av CRISPR och skapa nya biologiska verktyg, som är svårt att föreställa sig.

Spoofing

Institutet för redigering av gener nästan omedelbart inför problemet, att utveckla cell-fria system.

Problemet var barnet Cas9, sax protein, som används i CRISPR system. När de forskare som deltardet med plasmid DNA — typ cirkulära DNA som forskarna ofta använder för gen leverans till celler in vitro, protein var helt inaktiv.

Det visade Sig att Cas9, för att ersättas av Cpf1 (aka Cas12a), en annan medlem av den växande bibliotek av Cas-proteiner. Ursprungligen öppnade i 2015, Cpf1 har redan visat sig vara användbart för att skapa transgena möss och justering av den mutation som orsakar muskeldystrofi. För inte så länge sedan Cpf1 som används i systemet DETECTR att bekämpa virus som orsakar cancer. Detta protein ljus framtid: företaget Editas, redigering gener har en licens för programmet för ytterligare utveckling i och med 2016.

Utbytet fungerat. Den CRISPR system-Cpf1 trädde i kraft i ett provrör. I flera experiment har forskare visat att den är fri från celler, systemet kan replikera de flesta av de revideringar CRISPR gör inne i buren. Anmärkningsvärt, sax fungerade lite som Cas9. När Cas9 gör ett snitt, det lämnar Everglade "skär ändarna" på cut-DNA. Detta komplicerar driftsättning av nya bitar av genetiskt material. Eftersom ändarna är mycket smidig, instrumentering kräver en exakt justering av ersättning blockera DNA så att det gled på plats.

Däremot, Cpf1 blad "klibbiga" slutar. Dessa bitar av DNA fungerar som axlar, som om bandet stöd för att fånga ett substitut DNA. Kanske är det därför Cpf1 fungerar bättre än Cas9 in vitro, men detta återstår att testas.

Systemet Kieza — bara ett exempel på hur långt i CRISPR. Som CRISPR fortsätter att växa, dess utvecklare lovar oss en hel del, som vi ännu inte kan föreställa sig.