據(jù)估計，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。對于這些化學(xué)物質(zhì)中的絕大多數(shù)，科學(xué)家?guī)缀鯖]有或根本沒有有關(guān)其致癌潛力的信息。檢測細胞中DNA損傷可以預(yù)測癌癥是否會發(fā)展，但是對這種損傷的測試靈敏度有限。麻省理工學(xué)院的一個生物工程師團隊現(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試更快，更輕松，更準(zhǔn)確。
政府研究機構(gòu)國家毒理學(xué)計劃(National Toxicology Program)識別潛在的有害物質(zhì)，目前正在努力采用MIT測試來評估新化合物。
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：“我希望他們能用它來識別潛在的致癌物，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數(shù)十年的時間，因此我們確實需要進行預(yù)測性測試。我們首先需要預(yù)防癌癥?！?/p>
恩格沃德的實驗室現(xiàn)在正在進一步驗證該試驗，該試驗利用類似于人類肝細胞的人肝樣細胞，其代謝化學(xué)物質(zhì)與真實人肝細胞非常相似，并在DNA損傷發(fā)生時產(chǎn)生獨特的信號。
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，電機工程和計算機科學(xué)教授Jongyoon Han和生物學(xué)教授Emerita工程Leona Samson。集成實驗室系統(tǒng)的Carol Swartz，John Winters和Leslie Recio也是該論文的作者。
目前，對化學(xué)物質(zhì)可能致癌的測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發(fā)展為癌癥，這大約需要兩年時間。恩格爾沃德(Engelward)在其職業(yè)生涯中花費了大量時間來開發(fā)檢測細胞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中，揭示了DNA損傷。斷裂的DNA鏈進一步傳播，產(chǎn)生了彗星狀的尾巴。
盡管CometChip擅長檢測DNA斷裂以及容易轉(zhuǎn)化為斷裂的DNA損傷，但它無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)，從而干擾基因表達和細胞分裂時，就會形成這些病變。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;高溫烹飪食物時會形成苯并[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，他們利用細胞的DNA修復(fù)途徑來產(chǎn)生鏈斷裂。通常，當(dāng)細胞發(fā)現(xiàn)大塊病變時，它將嘗試通過切除病變?nèi)缓髮⑵涮鎿Q為新的DNA片段來修復(fù)它。恩格爾沃德說：“如果DNA上有些東西團團，就必須撕掉那段DNA，然后用新鮮的DNA代替它。在那個撕裂過程中，您正在制造鏈斷裂?！?/p>
為了捕獲那些斷裂的鏈，研究人員用兩種化合物處理細胞，以防止它們合成新的DNA。這將終止修復(fù)過程，并生成彗星測試可以檢測到的未修復(fù)的單鏈DNA。研究人員還希望確保他們的名為HepaCometChip的測試能夠檢測到只有通過生物激活過程在肝臟中被修飾后才具有危險性的化學(xué)物質(zhì)。
Ngo說：“實際上，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，它們會改變化學(xué)物質(zhì)，使它們更容易被人體排泄。但是這個過程有時會產(chǎn)生比原始化學(xué)物質(zhì)更具毒性的中間體?！?/p>
為了檢測這些化學(xué)物質(zhì)，研究人員必須在肝細胞中進行測試。眾所周知，人的肝細胞很難在體外生長，但是MIT團隊能夠?qū)⒎▏鹃_發(fā)的一種稱為HepaRG的肝樣細胞整合到新的測試中。這些細胞產(chǎn)生與正常人肝細胞中發(fā)現(xiàn)的許多相同的代謝酶，并且像人肝細胞一樣，它們可以產(chǎn)生潛在的有害中間體，從而造成龐大的病變。
為了測試他們的新系統(tǒng)，研究人員首先將類肝細胞暴露在紫外線下，紫外線會導(dǎo)致巨大的病變。在確認他們可以檢測到此類病變后，他們用九種化學(xué)物質(zhì)對系統(tǒng)進行了測試，已知其中七種化學(xué)物質(zhì)會導(dǎo)致單鏈DNA斷裂或大體積病變，并發(fā)現(xiàn)該測試可以準(zhǔn)確地檢測出所有這些。Ngo說：“我們的新方法提高了靈敏度，因為它應(yīng)該能夠檢測正常的彗星測試可以檢測到的任何損傷，并且還可以增加體積龐大的病灶。”
整個過程需要兩天到一周的時間，比老鼠研究的周轉(zhuǎn)時間要快得多。研究人員現(xiàn)在正在通過將其性能與小鼠致癌性研究的歷史數(shù)據(jù)進行比較，并獲得美國國立衛(wèi)生研究院的資助，以進一步驗證該測試。
他們還與進行毒理學(xué)測試的公司Integrated Laboratory Systems合作，以潛在地將該技術(shù)商業(yè)化。恩格沃德說，HepaCometChip不僅對新化學(xué)產(chǎn)品的制造商有用，而且對制藥公司也很有用，因為這些公司需要測試新藥的致癌潛力。新的測試可以提供一種更容易，更快捷的方式來執(zhí)行這些屏幕。