Echografie kan see zien wanneer tumorcellen genen in- en uitschakelen

Onderzoekers hebben echografie gebruikt om genactiviteit te detecteren in tumoren zoals deze, die werd afgebeeld met een oudere fluorescerende techniek.

A. Farhadi et al ., Science 365, 1469

Echografie kan see zien wanneer tumorcellen genen in- en uitschakelen

Van Mitch LeslieSep. 26, 2019, 14:00 uur

Echografie kan een lekkende hartklep onthullen, een gescheurde pees blootleggen en ouders een vroeg momentopname van hun baby in de baarmoeder geven. Nu hebben onderzoekers aangetoond dat echografie ook kan meten of bepaalde genen bij dieren zijn ingeschakeld een prestatie die op een dag onderzoekers zou kunnen helpen alles te onderzoeken, van tumorgroei tot de functie van zenuwcellen.

Het zou een geheel nieuwe manier van kijken naar de regulatie van genen kunnen openen, zegt biomedisch fysicus Michael Kolios van Ryerson University in Toronto, Canada, die niet verbonden was met de studie.

Cellen schakelen continu genen in en uit. Om die activiteit te verlichten of expressie in cellen, kunnen onderzoekers ze genetisch wijzigen zodat ze, wanneer ze bepaalde genen activeren, ook gloeiende eiwitten produceren, zoals groen fluorescerend eiwit (GFP). Hoewel deze aanpak goed werkt voor cellen in kweekschalen, reist het licht van deze eiwitten niet ver in het lichaam, waardoor het moeilijk is om genactiviteit in weefsels en organen te volgen.

Echografie, die beelden produceert door hoogfrequente geluidsgolven van structuren in het lichaam te stuiteren, zou een oplossing kunnen bieden, zegt chemisch ingenieur Mikhail Shapiro van het California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena. De niet-invasieve techniek, voegt hij eraan toe, is echt geweldig om diep in de weefsels te turen.

Maar individuele cellen zijn te klein om te onderscheiden met de meeste ultrasone frequenties. Dat is waarom Shapiro en zijn collega's zich wenden tot waterbacteriën die microscopische luchtbellen produceren die geluidsgolven reflecteren. In de cellen stimuleren de bellen het aantal geluidsgolven dat terugveert naar het ultrasone apparaat, waardoor de gastheercellen detecteerbaar zijn.

Een echografie laat zien dat genen actief zijn aan de rand van de tumor van een muis.

A. Farhadi et al ., Science 365, 1469

Vorig jaar heeft een team van bio-ingenieur Arash Farhadi van Shapiro en Caltech 11 genen ingebracht voor het produceren van de met gas gevulde bollen in darmbacteriën en vervolgens de gemodificeerde microben in de darmen van muizen geïnjecteerd. Met behulp van een kleine ultrasone sonde konden de wetenschappers clusters van bacteriën in de darmen van de dieren lokaliseren.

Het lukte om dezelfde techniek in zoogdiercellen in plaats van bacteriën te laten werken. Bacteriële genen werken anders dan die van dieren, en het inbrengen van zoveel bacteriële genen in zoogdiercellen en ze samen laten werken is moeilijk. Meerdere bacteriële genen delen bijvoorbeeld vaak een promotor, een DNA-sequentie die werkt als een schakelaar, maar elk zoogdiergen heeft zijn eigen. Farhadi, Shapiro en collega's ontdekten verschillende oplossingen. Ze ontdekten dat ze, door verschillende van de bacteriële genen samen te voegen met een eiwit van een virus, zoogdiercellen konden overhalen om de genen te activeren met behulp van één promotor. Het inbrengen van negen bacteriële genen zou menselijke niercellen in een schaal kunnen induceren om de gasbollen te produceren. Cellen die de capsules bevatten, verschenen onder echografie, terwijl controlecellen dat niet deden, rapporteren ze vandaag in Science.

Om te testen of de cellen zichtbaar zijn in een dier, brachten de onderzoekers de genen over in viraal veranderde menselijke niercellen die ze vervolgens in muizen injecteerden. Deze cellen zorgden ervoor dat tumoren in de knaagdieren ontspruiten. Toen de onderzoekers de tumoren visualiseerden met GFP, verschenen ze als groene vlekken. Echografie gaf een nauwkeuriger beeld, waaruit bleek dat alleen cellen aan de rand van de tumoren de bellenproducerende genen hadden ingeschakeld. "Je kunt dit prachtige uitdrukkingspatroon zien bij de dieren, " zegt Farhadi.

"Het is een nette akoestische manier om de expressie van genen in cellen te onderzoeken", zegt stralingsoncoloog Gregory Czarnota van het Sunnybrook Health Sciences Centre in Toronto.

Maar hij en andere wetenschappers zijn het erover eens dat onderzoekers een paar problemen moeten oplossen om de techniek breed bruikbaar te maken. De genetische engineeringbenadering van het team is bijvoorbeeld complex, zegt neurowetenschapper Sreekanth Chalasani van het Salk Institute for Biological Studies in San Diego, Californië. "Ik zou dit graag vandaag gebruiken", zegt hij. "Als er een gemakkelijkere manier was om deze genen in te brengen, zou ik het doen."