Ultracitlivá detekce miRNA posouvá možnosti tekuté biopsie

MikroRNA patří mezi slibné biomarkery nádorových onemocnění, jejich rutinnímu využití však brání mimo jiné jejich obtížná detekce v biologických tekutinách, kde se nacházejí ve velmi nízkých koncentracích. Český výzkumný tým představil novou optickou metodu, která dokáže stanovit miR‑451a, potenciální biomarker myelodysplastické neoplazie (MDS), v attomolárních koncentracích přímo v biologických tekutinách bez nutnosti komplikované přípravy vzorku.

MikroRNA jsou krátké nekódující molekuly ribonukleové kyseliny, které se významně podílejí na regulaci genové exprese. Změny jejich zastoupení byly popsány u řady nádorových onemocnění, některé mikroRNA jsou proto zkoumány jako potenciální diagnostické, prognostické nebo prediktivní biomarkery. Výhodou je, že je lze stanovovat nejen z tkání, ale i z krve a dalších tělních tekutin, což z nich činí vhodné kandidáty pro tekutou biopsii. Praktické využití ale komplikuje skutečnost, že relevantní mikroRNA bývají přítomny jen ve velmi nízkých koncentracích, a navíc je obtížné je spolehlivě detekovat v komplexním biologickém prostředí vzorku. Současné postupy proto často vyžadují několik kroků – izolaci RNA, její reverzní transkripci a následnou amplifikaci. Každý další krok ovšem prodlužuje a komplikuje analytický proces a může být příčinou variability výsledků.

Digitální počítání zlatých nanočástic

Výzkumná skupina Optických biosenzorů z Ústavu fotoniky a elektroniky (ÚFE) AV ČR, která je součástí Národního ústavu pro výzkum rakoviny (NÚVR), přišla se spolupracovníky z Ústavu hematologie a krevní transfuze s novou optickou metodou založenou na senzorech s povrchovými plazmony umožňující mimořádně citlivou detekci ­mikroRNA přímo ve vzorku krevní plazmy bez nutnosti komplikované přípravy vzorku. Metoda kombinuje digitální zobrazování s velkou detekční oblastí využívající difrakční mřížku a analytický přístup založený na molekulárně indukovaném uvolňování zlatých nanočástic z povrchu čipu. Výsledky jejich práce v nedávné době vydal prestižní mezinárodní časopis Biosensors and Bioelectronics.

„Publikovaný speciální optický přístup je schopen zviditelnit jednotlivé zlaté nanočástice, které jsou řízeně uvolňovány z mikroRNA zachycených na povrchu čipu z krevní plazmy. Pomocí zlatých nanočástic jsme tedy schopni zmapovat, kam se na povrchu čipu jednotlivé mikroRNA navázaly. Na rozdíl od klasických analogových přístupů, které průměrují odezvu z mnoha zachycených mikroRNA, se v tomto digitálním přístupu bavíme o sledování jednotlivých molekul mikroRNA, a tím jsme schopni detekovat extrémně nízké koncentrace mikroRNA ve vzorcích krevní plazmy,“ vysvětluje první autor práce Ing. Jan Bukáček z ÚFE AV ČR.

Limit detekce 15 attomolů na litr

Jako modelovou molekulu autoři pro svou studii zvolili miR‑451a, která je spojena mimo jiné s regulací erytropoezy a je zkoumána v souvislosti s hematologickými malignitami. Nová metoda umožnila její detekci při koncentraci pouhých 15 attomolů na litr, což odpovídá přibližně 9 000 kopiím mikroRNA v jednom mililitru vzorku.

Důležitou součástí studie bylo ověření technologie detekce miR‑451a v reálném klinickém materiálu – autoři zvolili vzorky krevní plazmy pacientů s myelodysplastickými neoplaziemi (MDS) a zdravých kontrol. MDS představují heterogenní skupinu klonálních onemocnění krvetvorby charakterizovaných neefektivní hematopoezou, cytopeniemi a různým rizikem progrese do akutní myeloidní leukémie. Diagnostika je založena na kombinaci morfologických, cytogenetických a molekulárněgenetických nálezů, možnost získávat další informace tekutou biopsií z periferní krve je proto z výzkumného hlediska velmi atraktivní.

V analyzovaných vzorcích byly koncentrace miR‑451a u pacientů s MDS nižší než u zdravých osob. Výsledky získané novým biosenzorem zároveň dobře korelovaly s hodnotami naměřenými PCR metodou. Potvrdilo se tedy, že studovaná metoda je i v komplexním klinickém vzorku citlivá a spolehlivá.

„Metoda není omezena jen na miR‑451a. Naopak je velmi všestranná a lze ji jednoduše uzpůsobit pro detekci různých mikroRNA, což jsme si již úspěšně ověřili v naší laboratoři. U některých onemocnění se navíc mění koncentrace hned několika mikroRNA a možnost sledovat více z nich současně proto nabízí značný diagnostický potenciál. Nově vyvinutý senzor s velkou detekční plochou je vhodný právě pro takovou vícenásobnou detekci,“ dodává Mgr. Tomáš Špringer, Ph.D., z ÚFE AV ČR.

Od proof‑of‑concept ke klinickému využití

Autoři ve své práci zdůrazňují, že bude potřeba ještě další výzkum a vývoj, aby se nová metoda mohla prosadit v praxi. Kromě analytické citlivosti bude nutné mimo jiné ověřit reprodukovatelnost výsledků, standardizovat podmínky preanalytické fáze, zjednodušit pracovní postup a především prokázat klinický přínos měřených biomarkerů. Technologie bude muset obstát i ve srovnání s dnes dostupnými metodami, zejména PCR a ddPCR, a to nejen v citlivosti, ale i robustnosti, časové náročnosti či ekonomice provozu.

„V současné době jsme spíše na začátku vývoje metody a před námi je řada dalších výzev. Jistě bychom chtěli pokračovat ve vylepšování citlivosti metody, abychom byli schopni spolehlivě sledovat i velmi vzácné mikroRNA. Zároveň chceme rozvíjet schopnosti senzoru sledovat více mikroRNA současně, což by výrazně rozšířilo jeho možnosti při diagnostice některých onemocnění. Také bychom se chtěli zaměřit na zmenšení přístroje, aby byl přenosný a umožňoval diagnostiku onemocnění blíže pacientům, mimo centralizovaná pracoviště. Pro další rozvoj metody proto bude zásadní úzká spolupráce s klinickými obory, která může přispět k jejímu postupnému přenosu z výzkumné laboratoře do klinické praxe,“ naznačuje prof. Ing. Jiří Homola, CSc., DSc., vedoucí výzkumné skupiny Optické biosenzory ÚFE AV ČR a NÚVR.    red

Zdroj: Bukáček J, Špringer T, Krejčík Z, et al. Digital surface plasmon resonance imaging for attomolar detection of miR‑451a. Biosens Bioelectron. 2026;313:119139. doi: 10.1016/j.bios.2026.119139.