據(jù)估計(jì),，目前在服裝，清潔溶液,，地毯和家具等產(chǎn)品中使用的工業(yè)化學(xué)品約有80,000種,。對(duì)于這些化學(xué)物質(zhì)中的絕大多數(shù),，科學(xué)家?guī)缀鯖](méi)有或根本沒(méi)有有關(guān)其致癌潛力的信息。檢測(cè)細(xì)胞中DNA損傷可以預(yù)測(cè)癌癥是否會(huì)發(fā)展,，但是對(duì)這種損傷的測(cè)試靈敏度有限,。麻省理工學(xué)院的一個(gè)生物工程師團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已經(jīng)提出了一種新的篩選方法，他們相信這種方法可以使這種測(cè)試更快,，更輕松,，更準(zhǔn)確,。
政府研究機(jī)構(gòu)國(guó)家毒理學(xué)計(jì)劃(National Toxicology Program)識(shí)別潛在的有害物質(zhì)，目前正在努力采用MIT測(cè)試來(lái)評(píng)估新化合物,。
麻省理工學(xué)院生物工程學(xué)教授,，該研究的資深作者貝文·恩格沃德說(shuō)：“我希望他們能用它來(lái)識(shí)別潛在的致癌物，并將其排除在我們的環(huán)境之外,，并防止它們的大量生產(chǎn),。” ,?！皬慕佑|致癌物到患癌癥之間可能要花費(fèi)數(shù)十年的時(shí)間，因此我們確實(shí)需要進(jìn)行預(yù)測(cè)性測(cè)試,。我們首先需要預(yù)防癌癥,。”
恩格沃德的實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在正在進(jìn)一步驗(yàn)證該試驗(yàn),，該試驗(yàn)利用類似于人類肝細(xì)胞的人肝樣細(xì)胞,，其代謝化學(xué)物質(zhì)與真實(shí)人肝細(xì)胞非常相似，并在DNA損傷發(fā)生時(shí)產(chǎn)生獨(dú)特的信號(hào),。
Le Ngo是MIT的前研究生和博士后,，是該論文的主要作者，該論文今天發(fā)表在《核酸研究》雜志上,。該論文的其他MIT作者包括博士后Norah OwiTI，研究生Yang Su,，前研究生Jing Ge,，新加坡-MIT研究與技術(shù)聯(lián)盟研究生熊Aoli Xiong，電機(jī)工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)教授Jongyoon Han和生物學(xué)教授Emerita工程Leona Samson,。集成實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的Carol Swartz,，John Winters和Leslie Recio也是該論文的作者。
目前,，對(duì)化學(xué)物質(zhì)可能致癌的測(cè)試包括將小鼠暴露于化學(xué)物質(zhì)下,，然后等待觀察它們是否會(huì)發(fā)展為癌癥，這大約需要兩年時(shí)間,。恩格爾沃德(Engelward)在其職業(yè)生涯中花費(fèi)了大量時(shí)間來(lái)開(kāi)發(fā)檢測(cè)細(xì)胞DNA損傷的方法,，這些損傷最終可能導(dǎo)致癌癥。其中一種設(shè)備CometChip通過(guò)將DNA置于聚合物凝膠板上的微孔陣列中,，然后將其暴露于電場(chǎng)中,，揭示了DNA損傷。斷裂的DNA鏈進(jìn)一步傳播,，產(chǎn)生了彗星狀的尾巴,。
盡管CometChip擅長(zhǎng)檢測(cè)DNA斷裂以及容易轉(zhuǎn)化為斷裂的DNA損傷,，但它無(wú)法吸收另一種稱為大塊病變的損傷。當(dāng)化學(xué)物質(zhì)粘在DNA鏈上并扭曲雙螺旋結(jié)構(gòu),，從而干擾基因表達(dá)和細(xì)胞分裂時(shí),，就會(huì)形成這些病變。引起此類損害的化學(xué)物質(zhì)包括真菌產(chǎn)生的黃曲霉毒素,，可污染花生和其他農(nóng)作物;高溫烹飪食物時(shí)會(huì)形成苯并[a] py,。
恩格沃德(Engelward)和她的學(xué)生們決定嘗試改編彗星芯片(CometChip)，以便它能夠吸收這種類型的DNA損傷,。為此,，他們利用細(xì)胞的DNA修復(fù)途徑來(lái)產(chǎn)生鏈斷裂。通常,，當(dāng)細(xì)胞發(fā)現(xiàn)大塊病變時(shí),，它將嘗試通過(guò)切除病變?nèi)缓髮⑵涮鎿Q為新的DNA片段來(lái)修復(fù)它。恩格爾沃德說(shuō)：“如果DNA上有些東西團(tuán)團(tuán),，就必須撕掉那段DNA,，然后用新鮮的DNA代替它。在那個(gè)撕裂過(guò)程中,，您正在制造鏈斷裂,。”
為了捕獲那些斷裂的鏈,，研究人員用兩種化合物處理細(xì)胞,，以防止它們合成新的DNA。這將終止修復(fù)過(guò)程,，并生成彗星測(cè)試可以檢測(cè)到的未修復(fù)的單鏈DNA,。研究人員還希望確保他們的名為HepaCometChip的測(cè)試能夠檢測(cè)到只有通過(guò)生物激活過(guò)程在肝臟中被修飾后才具有危險(xiǎn)性的化學(xué)物質(zhì)。
Ngo說(shuō)：“實(shí)際上,，許多化學(xué)藥品是惰性的,，直到它們被肝臟代謝為止?！?“在肝臟中,，有很多代謝酶，它們會(huì)改變化學(xué)物質(zhì),，使它們更容易被人體排泄,。但是這個(gè)過(guò)程有時(shí)會(huì)產(chǎn)生比原始化學(xué)物質(zhì)更具毒性的中間體?！?/p>
為了檢測(cè)這些化學(xué)物質(zhì),，研究人員必須在肝細(xì)胞中進(jìn)行測(cè)試。眾所周知,，人的肝細(xì)胞很難在體外生長(zhǎng),，但是MIT團(tuán)隊(duì)能夠?qū)⒎▏?guó)公司開(kāi)發(fā)的一種稱為HepaRG的肝樣細(xì)胞整合到新的測(cè)試中,。這些細(xì)胞產(chǎn)生與正常人肝細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的許多相同的代謝酶，并且像人肝細(xì)胞一樣,，它們可以產(chǎn)生潛在的有害中間體,，從而造成龐大的病變。
為了測(cè)試他們的新系統(tǒng),，研究人員首先將類肝細(xì)胞暴露在紫外線下,，紫外線會(huì)導(dǎo)致巨大的病變。在確認(rèn)他們可以檢測(cè)到此類病變后,，他們用九種化學(xué)物質(zhì)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試,，已知其中七種化學(xué)物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致單鏈DNA斷裂或大體積病變，并發(fā)現(xiàn)該測(cè)試可以準(zhǔn)確地檢測(cè)出所有這些,。Ngo說(shuō)：“我們的新方法提高了靈敏度,，因?yàn)樗鼞?yīng)該能夠檢測(cè)正常的彗星測(cè)試可以檢測(cè)到的任何損傷，并且還可以增加體積龐大的病灶,?！?/p>
整個(gè)過(guò)程需要兩天到一周的時(shí)間，比老鼠研究的周轉(zhuǎn)時(shí)間要快得多,。研究人員現(xiàn)在正在通過(guò)將其性能與小鼠致癌性研究的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,，并獲得美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院的資助，以進(jìn)一步驗(yàn)證該測(cè)試,。
他們還與進(jìn)行毒理學(xué)測(cè)試的公司Integrated Laboratory Systems合作,，以潛在地將該技術(shù)商業(yè)化。恩格沃德說(shuō),，HepaCometChip不僅對(duì)新化學(xué)產(chǎn)品的制造商有用,，而且對(duì)制藥公司也很有用，因?yàn)檫@些公司需要測(cè)試新藥的致癌潛力,。新的測(cè)試可以提供一種更容易，更快捷的方式來(lái)執(zhí)行這些屏幕,。