Nouvelle avancée dans le dépistage précoce du cancer : un « hameçon moléculaire » capte des « signaux invisibles »

Produit par : Science Popularization China

Auteur : Wang Tingting, Miao Peng (Institut d'ingénierie et de technologie biomédicales de Suzhou, Académie chinoise des sciences)

Producteur : China Science Expo

Note de l'éditeur : Afin de dévoiler le mystère du travail scientifique et technologique, le projet technologique de pointe de la Chine a lancé une série d'articles intitulée « Moi et mes recherches », invitant les scientifiques à écrire leurs propres articles, à partager leurs expériences de recherche scientifique et à créer un monde scientifique. Suivons les explorateurs à la pointe de la science et de la technologie et embarquons pour un voyage plein de passion, de défis et de surprises.

Ces dernières années, en raison de facteurs tels que l’alimentation, l’environnement et le vieillissement de la population, l’incidence mondiale du cancer a continué d’augmenter et le cancer est progressivement devenu la principale cause de mortalité. Récemment, le Centre national du cancer a publié le rapport national sur le cancer 2024, qui fournit les dernières statistiques sur les nouveaux cas de cancer et les taux de mortalité en Chine en 2022.

Les données de l'enquête montrent qu'en 2022, le nombre de nouveaux cas de cancer en Chine sera d'environ 4,8247 millions et le nombre de nouveaux cas de cancer sera d'environ 2,5742 millions. Les cinq principaux cancers nouvellement diagnostiqués sont le cancer du poumon, le cancer colorectal, le cancer de la thyroïde, le cancer du foie et le cancer gastrique.

Anti-cancer

(Source de l'image : pixabay)

La clé de la prévention du cancer réside dans un diagnostic et un traitement précoces

La lecture de ces données fait frémir ! Ce qui est encore plus effrayant, c’est que certains des premiers signes du cancer sont des symptômes importants tels que la congestion nasale, un écoulement nasal sanglant, des saignements de nez, des acouphènes, des douleurs aux oreilles, une fièvre légère persistante et inexpliquée, des bosses anormales et des ulcères qui ne guérissent pas.

Cependant, la plupart des cancers ne présentent généralement aucun symptôme évident aux premiers stades et la progression du cancer est souvent très rapide. Si vous attendez que les symptômes apparaissent avant de consulter un médecin, le cancer a peut-être déjà progressé jusqu’à un stade avancé, où le traitement devient beaucoup plus difficile et compliqué.

Si nous pouvons diagnostiquer le cancer à ses premiers stades, nous pouvons le guérir complètement grâce à des méthodes telles que la chirurgie. Par conséquent, la mesure la plus importante pour prévenir le cancer est « un diagnostic et un traitement précoces ».

Les méthodes courantes de dépistage précoce du cancer comprennent les rayons X, l'échographie, la gastroscopie, la coloscopie, etc. Cependant, ces méthodes non seulement causent beaucoup de douleur aux sujets, mais présentent également des inconvénients tels qu'une faible sensibilité, une longue durée et un prix élevé.

Alors, existe-t-il un bon moyen de détecter efficacement et avec sensibilité si les gens ont un cancer ?

Le miRNA peut être utilisé comme un « signal invisible » pour le dépistage précoce du cancer

Nous devons ici introduire le « miRNA », également connu sous le nom de microARN, qui est un très petit acide nucléique. Le prix Nobel de physiologie ou médecine 2024 est décerné à Victor Ambros et Gary Ruvkun pour leurs découvertes sur les miARN et leur rôle dans la régulation post-transcriptionnelle des gènes.

Beaucoup d’entre vous se demandent peut-être ce qu’est le miRNA ? Quelle est sa fonction et que peut-il faire ? Pourquoi lui est-il décerné un si grand honneur ?

Nous savons tous que les humains sont des animaux avancés capables de langage, de pensée et de cognition, mais le nombre de gènes entre les humains et les canards, les mouches et même les bananes est similaire ! De nombreux amis pourraient être choqués. Qu’est-ce qui cause une telle différence ? La plupart d’entre eux sont dus aux miRNA.

Chaque gène d’un organisme est comme une lampe de poche dans une pièce qui peut être allumée et éteinte, et dont l’intensité lumineuse peut être ajustée. Bien que le nombre de flashs soit le même, des conditions d'éclairage et des niveaux de lumière différents entraîneront finalement des niveaux de luminosité différents dans la pièce. Les différences entre les espèces sont similaires de cette manière. Le miRNA joue le rôle de commutateur génétique, contrôlant l'expression de gènes spécifiques. Chaque cellule de notre corps remplit ses fonctions, et les microARN ne font pas exception.

Le miRNA est présent dans chaque cellule et peut circuler de manière stable dans le sang. Ils sont la source des signaux de santé dans le corps. Si notre corps est endommagé par une infection bactérienne, une invasion virale, etc., le niveau de miRNA changera considérablement pour nous informer du danger. En particulier dans la prévention du cancer, tant que nous recevons des signaux anormaux provenant du miRNA, nous pouvons prédire le risque une étape avant que la maladie ne survienne.

Concevoir un « crochet moléculaire » pour capturer les « signaux invisibles » du cancer

Alors, comment pouvons-nous connaître avec précision la relation entre les signaux émis par les miRNA et des maladies spécifiques ?

Nous devons développer un système de détection flexible, efficace et précis.

Notre équipe (le groupe de Miao Peng à l'Institut d'ingénierie biomédicale de Suzhou, Académie chinoise des sciences) s'engage depuis de nombreuses années dans la détection des miRNA liés au cancer. Grâce à des recherches détaillées sur la structure des acides nucléiques, nous avons intelligemment conçu un « crochet moléculaire », à savoir la « nanostructure en cône tronqué d'ADN », qui peut capturer de manière sensible et rapide la molécule proie du « signal invisible » miRNA du cancer.

Nous devons ici introduire le concept de « nano ». Si un cheveu est coupé le long de son diamètre puis divisé en 100 000 parties, le diamètre de chaque nouveau cheveu est de 1 nanomètre. Par conséquent, les nanostructures d’ADN sont très petites et peuvent circuler librement dans de nombreux scénarios au sein du corps.

Alors, comment les structures de cônes tronqués d’ADN à l’échelle nanométrique sont-elles assemblées ?

La plupart des enfants ont joué au jeu de construction Lego, où différents modèles géométriques sont construits en combinant des blocs de différentes formes selon différentes méthodes d'assemblage. L’assemblage des cônes tronqués d’ADN est similaire à ce principe. Nous devons concevoir différentes molécules d’ADN pour remplacer divers éléments constitutifs et former la structure spatiale du cône tronqué selon certaines règles.

Le processus de « crochet moléculaire » capturant un « signal invisible »

(Source de l'image : Référence 2)

Nous avons d’abord assemblé un triangle d’ADN à l’aide de quatre chaînes (TPF1, TPF2, TPF3, TPF4) et l’avons fixé sur la surface d’une électrode en or. Parmi elles, les trois chaînes TPF1, TPF2 et TPF3 portent toutes un label de groupe appelé DBCO. Nous disposons également d'une chaîne spéciale (TPF5) qui agit comme une chaîne « appât » pour capturer le miRNA « proie ». Sa région spécifique peut se lier aux trois chaînes TPF1, TPF2 et TPF3, scellant ainsi le groupe DBCO dans le cône tronqué « crochet moléculaire ».

Étant donné que TPF5 a une affinité de liaison plus forte avec le miRNA, le miRNA se liera préférentiellement au TPF5. Ainsi, lorsque le miRNA « proie » apparaît, TPF5 agit comme un « appât ».

Lorsque l'appât TPF5 se lie au miRNA de la proie, le sommet du cône tronqué initialement fermé s'ouvre et revient à une structure triangulaire ouverte. À ce moment-là, il y aura une nucléase spécifique à double brin appelée DSN, qui est comme une paire de ciseaux qui peut couper les chaînes hybrides TPF5 et miRNA liées, permettant au miRNA de « retrouver sa liberté ». De cette façon, le miRNA « proie » libéré peut à nouveau se lier au TPF5 « appât » sur un autre frustum, capturant ainsi davantage de TPF5.

Après de nombreux cycles, presque tous les cônes tronqués deviennent des structures triangulaires ouvertes. À ce stade, le miRNA « proie » a également capturé suffisamment d'« appât ». Lorsque trop de « l'appât » TPF5 est perdu, les chaînes avec les balises DBCO (TPF1, TPF2, TPF3) seront exposées. À ce moment, ils se combineront avec une autre chaîne de sonde P1 avec un groupe N3 à une extrémité, formant ainsi une structure en épingle à cheveux spéciale sur la surface de l'électrode en or.

Étant donné que l’autre extrémité de la chaîne de la sonde P1 transporte la molécule de signal ferrocène, nous pouvons observer des changements significatifs dans le pic de courant à travers la plate-forme de travail électrochimique. Lorsque la concentration de miRNA augmente, le pic de la courbe de courant deviendra de plus en plus élevé.

Au contraire, lorsque le miRNA n'est pas présent, le groupe DBCO est enfermé dans le cône tronqué, la chaîne TPF ne peut pas se lier à la chaîne P1, la structure en épingle à cheveux ne peut pas être formée sur la surface de l'électrode et aucun pic évident ne peut être observé dans la courbe voltamétrique. De cette façon, nous pouvons déterminer indirectement le contenu du « signal invisible » miRNA en mesurant la valeur maximale de la courbe, prédisant ainsi la maladie à l'avance.

Cette stratégie d’utilisation de « crochets moléculaires » pour capturer les « signaux invisibles » du cancer est avancée dans sa conception et ingénieuse dans sa conception, et peut aider à détecter une variété de lésions précancéreuses à haut risque à un stade précoce.

À l’avenir, les « crochets moléculaires » devraient être utilisés dans le dépistage précoce du cancer clinique.

Le cône tronqué, qui sert de « crochet moléculaire », est assemblé à partir de chaînes d’acide nucléique dans le corps humain et présente une biocompatibilité élevée, et devrait être utilisé dans la pratique clinique. Lors du test, il vous suffit de prélever une petite quantité de sérum de la personne testée et d'attendre 30 minutes pour obtenir la réaction afin d'obtenir le résultat. Si la valeur de miRNA dépasse la plage standard, cela indique que la personne testée peut présenter un risque de cancer et doit se rendre à l'hôpital pour un examen plus approfondi à temps afin d'atteindre l'objectif de détection précoce, de traitement précoce et de rétablissement rapide de la santé.

La vie est inconnue, mais nous pouvons utiliser la puissance de la technologie pour « détecter » les risques à un stade précoce et intervenir le plus tôt possible. Au lieu d’avoir peur du cancer, il vaut mieux le prévenir avant qu’il ne survienne. Agissons ensemble et encourageons notre santé !

Références :

(1)Han, BF; Zheng, RS; Zeng, HM; Wang, SM; Soleil, KX; Chen, R.; Li, L.; Wei, WQ; Lui, J. Incidence et mortalité du cancer en Chine, 2022. Journal du Centre national du cancer 2024, 4, 47-53.

(2)Wang, TT; Zheng, XY; Chai, H.; Miao, P. Ligation SPAAC assistée par désintégration de nanostructures d'ADN pour la biodétection électrochimique. Lettres Nano 2024, 24, 12233-12238.

(3)Lee, RC; Feinbaum, RL; Ambros, V. Le gène hétérochronique Lin-4 de C. Elegans code de petits ARN avec une complémentarité antisens à Lin-14. Cellule 1993, 75, 843-854.