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屏幕可以为新化学品提供更好的安全测试

据估计,目前在服装,清洁溶液,地毯和家具等产品中使用的工业化学品约有80,000种。对于这些化学物质中的绝大多数,科学家几乎没有或根本没有有关其致癌潜力的信息。

检测细胞中DNA损伤可以预测癌症是否会发展,但是对这种损伤的测试灵敏度有限。麻省理工学院的一个生物工程师团队现在已经提出了一种新的筛选方法,他们相信这种方法可以使这种测试更快,更轻松,更准确。

政府研究机构国家毒理学计划(National Toxicology Program)识别潜在的有害物质,目前正在努力采用MIT测试来评估新化合物。

麻省理工学院生物工程学教授,该研究的资深作者贝文·恩格沃德说:“我希望他们能用它来识别潜在的致癌物,并将其排除在我们的环境之外,并防止它们的大量生产。” 。“从接触致癌物到患癌症之间可能要花费数十年的时间,因此我们确实需要进行预测性测试。我们首先需要预防癌症。”

恩格沃德的实验室现在正在进一步验证该试验,该试验利用类似于人类肝细胞的人肝样细胞,其代谢化学物质与真实人肝细胞非常相似,并在DNA损伤发生时产生独特的信号。

Le Ngo是MIT的前研究生和博士后,是该论文的主要作者,该论文今天发表在《核酸研究》杂志上。该论文的其他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研究与技术联盟研究生熊Aoli Xiong,电机工程和计算机科学教授Jongyoon Han和生物学教授Emerita工程Leona Samson。

集成实验室系统的Carol Swartz,John Winters和Leslie Recio也是该论文的作者。

检测DNA损伤

目前,对化学物质可能致癌的测试包括将小鼠暴露于化学物质下,然后等待观察它们是否会发展为癌症,这大约需要两年时间。

恩格尔沃德(Engelward)在其职业生涯中花费了大量时间来开发检测细胞DNA损伤的方法,这些损伤最终可能导致癌症。其中一种设备CometChip通过将DNA置于聚合物凝胶板上的微孔阵列中,然后将其暴露于电场中,揭示了DNA损伤。断裂的DNA链进一步传播,产生了彗星状的尾巴。

尽管CometChip擅长检测DNA断裂以及容易转化为断裂的DNA损伤,但它无法吸收另一种称为大块病变的损伤。当化学物质粘在DNA链上并扭曲双螺旋结构,从而干扰基因表达和细胞分裂时,就会形成这些病变。引起此类损害的化学物质包括真菌产生的黄曲霉毒素,可污染花生和其他农作物;高温烹饪食物时会形成苯并[a] py。

恩格沃德(Engelward)和她的学生们决定尝试改编彗星芯片(CometChip),以便它能够吸收这种类型的DNA损伤。为此,他们利用细胞的DNA修复途径来产生链断裂。通常,当细胞发现大块病变时,它将尝试通过切除病变然后将其替换为新的DNA片段来修复它。

恩格尔沃德说:“如果DNA上有些东西团团,就必须撕掉那段DNA,然后用新鲜的DNA代替它。在那个撕裂过程中,您正在制造链断裂。”

为了捕获那些断裂的链,研究人员用两种化合物处理细胞,以防止它们合成新的DNA。这将终止修复过程,并生成彗星测试可以检测到的未修复的单链DNA。

研究人员还希望确保他们的名为HepaCometChip的测试能够检测到只有通过生物激活过程在肝脏中被修饰后才具有危险性的化学物质。

Ngo说:“实际上,许多化学药品是惰性的,直到它们被肝脏代谢为止。” “在肝脏中,有很多代谢酶,它们会改变化学物质,使它们更容易被人体排泄。但是这个过程有时会产生比原始化学物质更具毒性的中间体。”

为了检测这些化学物质,研究人员必须在肝细胞中进行测试。众所周知,人的肝细胞很难在体外生长,但是MIT团队能够将法国公司开发的一种称为HepaRG的肝样细胞整合到新的测试中。这些细胞产生与正常人肝细胞中发现的许多相同的代谢酶,并且像人肝细胞一样,它们可以产生潜在的有害中间体,从而造成庞大的病变。

增强灵敏度

为了测试他们的新系统,研究人员首先将类肝细胞暴露在紫外线下,紫外线会导致巨大的病变。在确认他们可以检测到此类病变后,他们用九种化学物质对系统进行了测试,已知其中七种化学物质会导致单链DNA断裂或大体积病变,并发现该测试可以准确地检测出所有这些。

Ngo说:“我们的新方法提高了灵敏度,因为它应该能够检测正常的彗星测试可以检测到的任何损伤,并且还可以增加体积庞大的病灶。”

整个过程需要两天到一周的时间,比老鼠研究的周转时间要快得多。

研究人员现在正在通过将其性能与小鼠致癌性研究的历史数据进行比较,并获得美国国立卫生研究院的资助,以进一步验证该测试。

他们还与进行毒理学测试的公司Integrated Laboratory Systems合作,以潜在地将该技术商业化。恩格沃德说,HepaCometChip不仅对新化学产品的制造商有用,而且对制药公司也很有用,因为这些公司需要测试新药的致癌潜力。新的测试可以提供一种更容易,更快捷的方式来执行这些屏幕。

她说:“一旦通过验证,我们希望它会成为FDA 的推荐测试。”

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