مولکول های فلورسنت طبیعی ممکن است به عنوان نشانگر زیستی سرطان عمل کنند

مقدار بیش از حد یک مولکول فلورسنت طبیعی که در تمام سلول های زنده یافت می شود، می تواند به عنوان یک نشانگر زیستی طبیعی برای سرطان عمل کند.

NADH یا نیکوتین آمید آدنین دی نوکلئوتید، یک کوآنزیم کلیدی - یک مولکول غیر پروتئینی لازم برای عملکرد یک آنزیم - است که بیشتر در غشای داخلی نیروگاه سلول یا میتوکندری یافت می شود. این یک سری از واکنش های بیوشیمیایی را که شامل آنزیم های مختلف برای تولید ATP، منبع اصلی انرژی در سلول ها می شود، می کند. در صورت بیماری یا اختلال متابولیک، این آنزیم‌ها و واکنش‌های مرتبط با آن‌ها می‌توانند از کار بیفتند و باعث تجمع NADH استفاده نشده شوند.

احمد هیکل، دانشیار مهندسی زیستی در ایالت پن، گفت: «آنزیم‌های ناکارآمد در میتوکندری با مشکلات جدی سلامتی مانند سرطان و بیماری‌های عصبی مرتبط هستند. با تشخیص سطح NADH و توزیع آن در داخل سلول‌های زنده، ما باید بتوانیم فعالیت میتوکندری و در نتیجه یکپارچگی هر سلول را بدون افزودن رنگ‌های سمی بالقوه یا در واقع از بین بردن سلول نظارت کنیم.»

طبق گفته هایکال، یکی از چالش های اصلی در تشخیص سرطان، توانایی تمایز سلول های سرطانی از سلول های طبیعی در مراحل اولیه پیشرفت تومور است.

برای تشخیص تفاوت مهم بین سلول های طبیعی و سرطانی، محققان از فلورسانس NADH طبیعی استفاده کردند. محققان با استفاده از ترکیبی از پیشرفته ترین تکنیک های طیف سنجی و میکروسکوپی، توانستند چنین فلورسانسی را به اندازه گیری دقیق غلظت NADH در سلول های زنده تبدیل کنند.هیکل و یو، دانشجوی فارغ التحصیل مهندسی زیست، دریافته اند که میانگین غلظت NADH در سلول های سرطان سینه حدود دو برابر سلول های طبیعی پستان است.

هیکل، که یافته‌های تیمش امروز (2 آوریل) در مجله فوتوشیمی و فوتوبیولوژی منتشر شد، گفت: «اگر به ما دو سلول زنده داده شود، یکی طبیعی و دیگری سرطانی، می‌توانیم با اطمینان بین این دو تفاوت قائل شویم. ب: زیست شناسی. برای اولین بار، ما توانستیم غلظت NADH را در سلول‌های زنده پستان و سلول‌های سرطان سینه اندازه‌گیری کنیم.»

محققان همچنین مقادیر NADH را در سلول آزاد و میزان اتصال آن به دیگر آنزیم ها را بررسی کردند. این مقادیر در سلول های طبیعی و سرطانی متفاوت است.

ما متوجه شدیم که شدت فلورسانس نه تنها به غلظت NADH بلکه به ساختار آن - آزاد یا متصل به آنزیم - و همچنین مکان آن در داخل سلول - در سیتوپلاسم (بخش غیر هسته ای) بستگی دارد. هیکل توضیح داد که سلول) یا در میتوکندری.از آنجایی که یک مولکول NADH آزاد می چرخد - می چرخد - سریعتر از NADH متصل به آنزیم، ما توانستیم تکنیکی به نام تصویربرداری انتشار چرخشی برای تعیین اندازه گیری مستقیم غلظت NADH آزاد و متصل به آنزیم در سراسر یک سلول زنده ایجاد کنیم. در سیتوزول (مایع سلولی) یا میتوکندری."

برای تأیید یافته‌های خود مبنی بر اینکه اختلال در واکنش‌های شیمیایی که ATP تولید می‌کنند می‌تواند منجر به افزایش NADH شود، هیکل و یو سلول‌های طبیعی پستان در معرض سیانید پتاسیم، مهارکننده‌های شناخته‌شده برخی از این آنزیم‌های مهم میتوکندریایی قرار گرفته‌اند..

محققان دریافتند که غلظت NADH در سلول‌های طبیعی هنگام قرار گرفتن در معرض سیانید پتاسیم افزایش می‌یابد. مقادیر نسبی NADH در میتوکندری نیز به طور قابل توجهی افزایش یافت.

محققان دیگر قبلاً با استفاده از تکنیک‌های بیوشیمیایی مرسوم که نیاز به تخریب سلول‌ها دارند، میزان NADH را در سلول‌ها اندازه‌گیری کرده‌اند. با این حال، Heikal معتقد است اندازه گیری سلول های مرده هیچ اطلاعاتی در مورد توزیع NADH در سلول ها ارائه نمی دهد و ممکن است برای استفاده تشخیصی یا بالینی دقیق یا مرتبط نباشد.

هیکل توضیح داد: «مزیت رویکرد غیرمخرب ما این است که محل NADH در یک سلول به عملکرد آن در بقای سلول مربوط می شود. "وقتی سلول را از بین می برید، نمی دانید مولکول های NADH در کجای سلول وجود داشته اند و چه نقشی ممکن است در بقای سلول داشته باشند. برای تشخیص دقیق، باید زمینه سلولی را برای درک بهتر مشکل داشته باشید."

طبق گفته محقق ایالت پن، توانایی اندازه گیری دقیق سطوح NADH در یک سلول بدون کشتن آن می تواند پیامدهای بالقوه ای برای تحقیقات مرتبط در مورد سلامت انسان و تحویل دارو داشته باشد.

هیکل گفت: «تکنیک ما به تشخیص سرطان محدود نمی‌شود. سایر بیماری‌های عصبی مرتبط با ناهنجاری‌های میتوکندریایی نیز می‌توانند با روش ما شناسایی شوند. ما همچنین می‌توانیم از رویکرد خود برای تعیین کمیت کارایی یک داروی جدید در دستکاری فعالیت آنزیم‌های میتوکندریایی مرتبط با تولید انرژی در سلول‌ها استفاده کنیم."

موسسه ملی بهداشت، بنیاد ملی علوم، و جانسون و جانسون بودجه این کار را تامین کردند.