Keripik DNA Menargetkan Kanker

Dalam persiapan untuk operasi kecil, John Leventhal membutuhkan rontgen dada rutin. Ketika dokter New Haven, CT, bergabung dengan ahli radiologi yang sedang memeriksa film, dia terkejut dengan apa yang dilihatnya: bercak buram jauh di dalam paru-parunya. Sebagai seorang dokter, kata Leventhal, Anda diajarkan di sekolah kedokteran bahwa ketika Anda melihat massa seperti itu, itu berarti kanker paru-paru. Pelatihan medis Leventhal juga mengajarinya bahwa untuk memastikan diagnosis, dokternya perlu membuka tulang rusuknya untuk mendapatkan sepotong jaringan yang dicurigai yang akan diperiksa dengan cermat oleh ahli patologi—operasi yang sangat menyakitkan dan berbahaya. Akhir pekan sebelum operasi itu, Leventhal pergi berlibur ski keluarga. Dia ingat berpikir, Ini adalah terakhir kalinya saya akan bermain ski untuk waktu yang sangat lama.



Itu lima tahun yang lalu. Saat ini cara profesi medis dalam menangani kanker akan segera berubah. Sekitar waktu yang sama yang dialami Leventhal
operasi, peneliti di Universitas Stanford dan Santa Clara, perusahaan rintisan berbasis CA Affymetrix mulai membangun microarray DNA pertama. Lebih dikenal sebagai chip DNA, ini adalah silikon berlapis DNA, wafer kaca atau plastik yang mampu menganalisis ribuan gen sekaligus untuk , misalnya, mengidentifikasi sel yang aktif dalam sampel sel. Sekarang microarray ini tampaknya siap untuk bergabung dalam perang melawan kanker. Chip DNA, memprediksi direktur National Cancer Institute Richard Klausner, akan memiliki efek besar pada diagnosis dan pengobatan penyakit.

Jaringan Listrik yang Lebih Cerdas

Cerita ini adalah bagian dari edisi Juli 2001 kami





  • Lihat sisa masalah
  • Langganan

Salah satu alasan kegembiraan adalah bahwa chip DNA menawarkan cara yang sama sekali baru dan berpotensi jauh lebih awal, lebih mudah dan lebih tepat untuk mendeteksi sel kanker. Sebagian besar bentuk kanker tidak diketahui sampai benjolan, batuk atau nyeri berkembang, di mana seringkali sudah terlambat. Dan bahkan kemudian, setelah ahli patologi mendapatkan biopsi dari tumor, membedakan satu bentuk kanker dari yang lain bisa sulit atau bahkan tidak mungkin dengan teknik yang ada, yang melibatkan pencatatan distorsi dalam arsitektur sel di bawah mikroskop. Informasi diagnostik yang lebih baik dapat digunakan untuk membuat keputusan pengobatan yang lebih baik, mungkin membuat perbedaan antara hidup dan mati.

dalam dua tahun ke depan, ahli patologi berharap untuk mulai menggunakan alat berbasis chip DNA untuk menemukan perbedaan genetik di antara sel; perbedaan tanda ini dapat digunakan untuk membantu mendeteksi sel kanker jauh sebelum gejala berkembang dan untuk membedakan satu jenis kanker dari yang lain. Singkatnya, chip akan memberikan profil genetik dari sel kanker yang dapat dibaca seperti lembar rap kriminal. Dokter akan mengetahui dari mana sel kanker itu berasal, seberapa jauh perkembangannya, dan terapi mana yang paling berhasil untuk menghentikan pertumbuhan dan penyebarannya lebih lanjut.

manusia monyet hibrida cina

Leventhal beruntung. Biopsi paru-parunya negatif, dan dia kembali ke lereng pada musim dingin berikutnya. Tapi dia membutuhkan waktu sebulan untuk pulih dari operasi biopsi, dan hari ini dia memiliki bekas luka kemarahan di tengah dadanya untuk mengingatkannya pada cobaan itu. Pada akhir dekade, kemungkinan pasien seperti Leventhal akan dapat melewatkan prosedur diagnostik invasif sama sekali. Perangkat berbasis chip DNA mungkin dapat membaca sampel dahak langsung di kantor dokter, memeriksa perubahan genetik dalam sel paru-paru yang secara alami terkelupas ke dalam cairan kental. Jika beritanya buruk, pasien mungkin memiliki sejumlah pilihan pengobatan baru. Itu karena chip DNA juga mempercepat penemuan obat kanker baru dan lebih baik. Kami berada di ambang era baru, kata Klausner. Teknologi seperti chip DNA akan memberi tahu kita tidak hanya bahwa ada sesuatu yang salah, tetapi apa itu dan apa yang dapat kita lakukan untuk mengatasinya.



Mengumpulkan Kecepatan

Dengan satu dari setiap dua pria dan satu dari setiap tiga wanita di Amerika Serikat kemungkinan akan terkena kanker di beberapa titik dalam hidup mereka-dan sekitar 560.000 orang Amerika diperkirakan meninggal karena penyakit tahun ini saja, menurut American Cancer Society- kemajuan tidak bisa datang cukup cepat. Sebanyak 500 laboratorium penelitian di bidang akademis dan industri telah menggunakan chip DNA untuk mengembangkan gambaran genetik baru dari berbagai jenis kanker. Pada tahun 1999, National Cancer Institute sendiri menyediakan ,1 juta kepada 24 institusi akademik kanker AS untuk mendirikan atau meningkatkan pusat microarray. Sementara itu, industri farmasi dan biotek memanfaatkan informasi yang diperoleh dari chip DNA untuk mengembangkan tes diagnostik baru dan lebih baik dan lebih efektif. obat antikanker dengan efek samping yang lebih sedikit. Memang, semua perusahaan obat besar dan setidaknya selusin perusahaan biotek sudah menggunakan chip DNA untuk mengatasi kanker.

Pada saat yang sama, perusahaan manufaktur besar seperti Agilent Technologies, Corning dan Motorola melihat potensi chip DNA. Ketiganya telah bersekutu dengan pusat penelitian akademis untuk menghasilkan chip DNA yang akan menganalisis gen yang terkait dengan kanker tertentu. Dan sementara chip DNA saat ini terlalu mahal untuk bersaing dengan teknologi diagnostik yang ada, keterlibatan produsen ini dan fasilitas produksi mereka dapat menurunkan harga hingga untuk sebuah chip, begitu produksi volume besar meningkat.

Tentu saja, agar keping DNA membantu memenangkan perang melawan kanker, dibutuhkan usaha yang cukup besar—dan pengembangan lebih lanjut selama bertahun-tahun. Untuk satu hal, chip DNA menghasilkan banyak data, dan para peneliti perlu meningkatkan kemampuan komputasi mereka dan menetapkan standar data untuk memahami semuanya ( melihat Gen Babel , TR April 2001 ). Dan setiap obat atau perangkat diagnostik baru harus membuktikan diri dalam uji klinis. Tetapi buah awal dari upaya untuk menerapkan chip DNA ke alat diagnostik baru kanker-bisa mulai menyelamatkan nyawa paling cepat akhir tahun depan. Obat antikanker pertama yang dikembangkan menggunakan chip DNA akan memasuki uji coba manusia pada waktu yang hampir bersamaan, dengan lusinan lainnya yang akan menyusul. Dengan semua alat baru yang tersedia, bentuk kanker yang saat ini tidak dapat diobati, suatu hari nanti, tidak lagi berarti hukuman mati.



Profil di Kanker

bayi desainer rekayasa genetika

Langkah pertama menuju visi besar itu adalah menghasilkan profil gen yang diaktifkan atau dimatikan ketika sel normal menjadi kanker. Sementara sebagian besar gen diam di sel mana pun pada waktu tertentu, gen yang aktif, atau diekspresikan, menceritakan banyak tentang kesehatan sel itu. Dan meskipun banyak dari kita cenderung menganggap penyakit disebabkan oleh gen tertentu—katakanlah gen untuk penyakit Huntington atau cystic fibrosis—kebanyakan penyakit sebenarnya melibatkan interaksi rumit di antara sekumpulan besar gen yang berbeda. Namun, sebagaimana sidik jari seseorang dapat dibedakan dari hampir semua yang lain hanya dengan sejumlah kecil perbedaan, semacam sidik jari genetik, mungkin melibatkan seratus gen aktif atau bahkan lebih sedikit, dapat membedakan sel-sel yang menunjukkan tanda-tanda kanker paling awal sekalipun.

Keindahan menggunakan teknologi seperti chip DNA untuk menemukan sidik jari itu, kata Klausner, adalah bahwa kita tidak dibatasi oleh pengetahuan atau gagasan yang terbentuk sebelumnya. Dengan kata lain, peneliti kanker tidak lagi harus membiaskan eksperimen mereka dengan melihat secara individual pada gen yang mereka duga mungkin terlibat dengan kanker tertentu. Alih-alih berfokus pada satu gen, jelas peneliti National Cancer Institute Louis Staudt, dengan microarrays kita bisa melihat seluruh genom dan membiarkan sel kanker memberi tahu kita apa gen penting itu.

Unggulan dalam upaya National Cancer Institute untuk menunjukkan validitas pendekatan chip DNA adalah apa yang disebut Proyek Profil Molekuler Limfoma/Leukemia, yang disutradarai oleh Staudt. Studi ini melihat limfoma sel B besar yang menyebar, kanker sel darah putih yang relatif umum yang mempengaruhi lebih dari 15.000 orang di Amerika Serikat setiap tahun. Ketika ahli onkologi memberikan perawatan kemoterapi standar kepada pasien tersebut, sekitar 40 persen merespons dengan cepat. Kanker mereka mencair, dan mayoritas masih hidup lima tahun setelah diagnosis. Namun dari 60 persen lainnya, sebagian besar tidak seberuntung itu. Kanker mungkin mengalami remisi sebentar, tetapi ketika kembali, ia kembali dengan sepenuh hati. Beberapa pasien mendapat manfaat pada saat itu dari perawatan radiasi dan transplantasi sumsum tulang, tetapi bagi sebagian besar sudah terlambat untuk menghentikan penyebaran penyakit. Jelas ada sesuatu yang berbeda tentang kedua kelompok, tetapi di bawah mikroskop ahli patologi, sel kanker mereka terlihat identik.

Jawaban yang mengejutkan adalah bahwa pasien-pasien ini merespons pengobatan secara berbeda karena, pada kenyataannya, mereka menderita jenis limfoma yang sama sekali berbeda. Menggunakan apa yang mereka sebut Lymphochip, chip DNA Affymetrix yang disesuaikan, Staudt dan kelompok di Stanford yang dipimpin oleh ahli genetika David Botstein menemukan perbedaan genetik yang khas antara kanker pada pasien dengan limfoma sel B besar yang meninggal dan mereka yang selamat. Saya terpesona oleh apa yang kami temukan, kata Botstein. Secara efektif, mereka melihat dua penyakit yang berbeda. Ini luar biasa, kata Staudt. Kami menemukan sesuatu dalam penyakit ini yang terlewatkan selama bertahun-tahun oleh para ahli patologi.

Proyek serupa sekarang sedang dilakukan untuk membuat profil berbagai bentuk kanker, dari berbagai jenis melanoma hingga kanker usus besar. Sebagian besar kanker lain menunjukkan gambaran yang mirip dengan limfoma: beberapa pasien menjadi lebih baik dan beberapa tidak, tetapi memprediksi siapa yang akan merespons terapi tidak mungkin dilakukan. Jika ada cara untuk mengidentifikasi pasien yang tidak merespon kemoterapi standar, dokter dapat segera beralih ke pengobatan alternatif dan menyelamatkan nyawa. Memang, kata Pat Brown, ahli genetika Fakultas Kedokteran Universitas Stanford yang membantu menemukan salah satu dari dua jenis utama chip DNA, Kisah yang sama muncul untuk sekelompok kanker yang kita lihat-kanker dengan hasil klinis yang berbeda memiliki subtipe molekul yang berbeda . Dan mengetahui subtipe kanker yang tepat yang menimpa pasien dapat membantu dokter memilih perawatan yang tepat, sejak awal.

Menyempurnakan Deteksi

Setelah peneliti mengetahui sidik jari dari kanker yang berbeda, mereka akan dapat membuat chip DNA khusus yang dapat digunakan dokter untuk mendiagnosis pasien dengan akurasi yang belum pernah terdengar sebelumnya. Kata Staudt, Buku teks tentang diagnostik kanker akan ditulis ulang selama tiga hingga empat tahun ke depan. [Diagnostik berbasis chip DNA] akan segera menjadi teknologi rutin.

Tetapi kemampuan untuk membaca perubahan genetik yang halus dapat memungkinkan dokter untuk melakukan lebih dari sekadar menunjukkan dengan tepat identitas kanker; itu juga bisa membantu mereka membaca tanda-tanda peringatan dini bahwa sel-sel normal akan berubah menjadi kanker-jauh sebelum perubahan tersebut terbukti oleh ahli patologi. Itulah yang diharapkan oleh ahli genetika kanker University of South Florida Melvyn Tockman. Dia dan rekan-rekannya sedang mengerjakan metode deteksi dini untuk kanker paru-paru - metode yang dapat membuat bekas luka John Leventhal peninggalan zaman kegelapan medis.

Para peneliti mengambil sampel dahak dari mantan perokok dan menggunakan chip DNA untuk menganalisis gen mana yang aktif dalam sel paru-paru. Dengan membandingkan profil genetik sel yang rusak ini dengan profil dari sel paru-paru yang sehat dan kanker, Tockman berharap dapat menemukan sidik jari yang mengindikasikan kanker akan segera terbentuk. Di masa depan, seorang pasien yang berisiko terkena kanker paru-paru mungkin akan melakukan tes sederhana berbasis chip DNA untuk sidik jari genetik ini setiap kali dia melakukan pemeriksaan rutin.

Itu beberapa tahun ke depan, tetapi hasil awal chip DNA dalam mendeteksi kanker mungkin datang lebih cepat. Para peneliti sudah menggunakan chip untuk mengidentifikasi protein yang dapat dideteksi oleh alat skrining kanker konvensional. Jika kanker memiliki seratus gen yang diekspresikan secara unik, jelas Mohan Iyer, wakil presiden pengembangan bisnis di Santa Clara, CA yang berbasis di diaDexus, langkah utama adalah menemukan salah satu [protein yang dikodekan oleh gen] yang dapat digunakan dalam tes darah sederhana untuk menyaring individu untuk kanker. Jika protein ditemukan unik untuk kanker tertentu, kata Iyer, peralatan standar rumah sakit dapat dengan mudah mendeteksinya dalam sampel darah.

Dengan alat chip DNA yang sekarang membantu mengidentifikasi protein yang terkait dengan kanker payudara, paru-paru, usus besar dan ovarium, untuk beberapa nama, Incyte Genomics, Corning dan beberapa perusahaan lain sedang mengembangkan metode skrining berbasis protein baru untuk diagnosis penyakit. . Tes baru ini akan mulai mencapai laboratorium diagnostik dalam dua tahun ke depan atau lebih.

Obat, Cepat

Tetapi diagnosa yang lebih baik akan mulai membuat perbedaan nyata hanya ketika mereka digabungkan dengan perawatan yang lebih efektif, perawatan yang disesuaikan untuk memerangi jenis kanker tertentu. Bahkan jika Anda dapat membedakan 50 limfoma yang berbeda, kata ahli patologi Fakultas Kedokteran Universitas Yale Michael Kashgarian, apa bedanya apakah itu tipe A atau tipe Z jika terapinya sama?

Di bidang penemuan obat kanker ini, chip DNA juga memainkan peran kunci. Sama seperti analisis cepat dari sejumlah besar gen yang membantu membuat profil kanker untuk diagnosis yang lebih baik, analisis ini juga memberikan petunjuk berharga tentang cara menyerang sel kanker.

Para peneliti telah lama percaya bahwa mengembangkan terapi baru akan dimulai dengan menemukan gen terkait kanker, tetapi dua dekade terakhir dipenuhi dengan kekecewaan. Stephen Friend, pernah menjadi peneliti onkologi di Institut Whitehead untuk Penelitian Biomedis di Cambridge, MA, dan sekarang CEO Rosetta Inpharmatics di Seattle, menyalahkan apa yang dia sebut pendekatan gen favorit saya. Peneliti biomedis akan menghabiskan bertahun-tahun melacak satu gen yang terkait dengan kanker tertentu, kemudian melanjutkan dengan asumsi bahwa gen itu, atau protein yang dikodekannya, akan menjadi target yang bagus untuk obat baru. Tapi, kata Friend, kemungkinan 999 dari 1.000 kasus Anda salah. Sangat sedikit gen yang bekerja sendiri dan dalam hubungan yang begitu sederhana dan langsung dengan tubuh untuk menyebabkan penyakit. Tuhan, apakah kami bodoh! dia berkata.

Teman sekarang yakin bahwa teknologi seperti chip DNA yang memungkinkan peneliti untuk menemukan semua gen yang terlibat dalam suatu penyakit adalah cara untuk pergi. (Rosetta berperan dalam penelitian semacam itu dengan menjual perangkat lunak dan layanan lain untuk membaca microarrays.) Chip DNA tidak hanya dapat membantu mengidentifikasi semua target obat potensial untuk jenis tumor tertentu, mereka juga dapat membantu menyingkirkan gen yang aktif dalam jaringan sehat. Dengan begitu, pembuat obat dapat mengembangkan pengobatan yang ditargetkan secara tepat yang membunuh sel kanker tanpa merusak bagian lain dari tubuh. Obat-obatan, kata Friend, akan dikembangkan dengan biaya sepersepuluh dan sepertiga dari waktu dengan meningkatkan penargetan dan memastikan senyawa tidak mengambil efek samping yang tidak diinginkan.

Eos Biotechnology, sebuah perusahaan San Francisco Selatan yang mengembangkan terapi kanker baru menggunakan chip DNA dari mitranya Affymetrix, bertaruh bahwa dia benar. Di laboratorium perusahaan, wakil presiden penelitian genomik David Mack memegang salah satu chip itu, yang berisi hampir seluruh rangkaian gen manusia. Kemampuan untuk menghasilkan genom manusia pada sebuah chip saat ini luar biasa, katanya. Eos menggunakan chip sebagai platform untuk membandingkan aktivitas genetik dalam sel manusia normal dan, katakanlah, sel kanker payudara. Komputer kemudian dapat memilah gen yang hanya aktif dalam sel yang sakit. Selain itu, mereka dapat memilih hanya gen yang menyajikan target terbaik untuk obat-obatan.

Di bawah paradigma pengembangan obat tradisional, begitu peneliti mengidentifikasi serangkaian target potensial, mereka mulai tersandung ke percobaan hewan dan manusia, dengan tebakan terpelajar tentang obat potensial mana yang mungkin efektif terhadap target tertentu, dan kandidat obat mana yang mungkin efektif. memiliki efek samping yang toksik. Sangat sering, hanya jauh di kemudian hari dalam prosesnya masalah kandidat menjadi jelas—dengan biaya besar dalam waktu dan uang.

Sebaliknya, Eos terus menggunakan microarrays dan teknik genomik volume tinggi lainnya untuk menguji obat, memprediksi lebih baik mana yang paling efektif dan paling tidak beracun sebelum pengujian yang lebih mahal bahkan dimulai.Menurut Mack,Kami melihat data-driven sains sekarang, yang belum menjadi paradigma sebelumnya. Sebagian berkat penggunaan chip DNA, perusahaan berencana di tahun mendatang untuk memulai uji klinis obat pertamanya - yang menyerang kemampuan tumor untuk menghasilkan suplai darah yang menopang kehidupannya sendiri -dengan lebih dari selusin obat antikanker lainnya diperkirakan akan menyusul dengan cepat. Janji teknologi ini untuk mempengaruhi pasien di sini-akhirnya, katanya.

teknologi pendidikan di dalam kelas

Sementara chip DNA baru ada selama lima tahun atau lebih, mereka telah membantu memasukkan sejumlah obat baru ke dalam saluran pipa perusahaan farmasi, dan untuk mengidentifikasi banyak target obat baru yang potensial dan sumber diagnosis sebelumnya. kemungkinan bahwa terapi kanker akan menjadi lebih kompleks dan lebih efektif selama dekade berikutnya. Akhirnya, sidik jari kanker setiap pasien akan dipenuhi dengan koktail obat yang tepat, atau kombinasi terapi. Dokter akan memiliki alat baru untuk mendiagnosis dan mengobati kanker lebih awal—ketika peluang penyembuhannya jauh lebih baik—dan untuk memantau kemajuan pasien, memastikan bahwa tumor tidak mengembangkan resistensi terhadap pengobatan.

Mungkin diperlukan lebih dari satu dekade sebelum praktik seperti itu menjadi norma, tetapi jika dan ketika mereka melakukannya, mereka akan mengubah segalanya untuk orang-orang seperti John Leventhal. Diagnosis (salah) kanker paru-parunya terjadi ketika dia seusia ayahnya sendiri. mendapat berita tentang kanker yang akhirnya membunuhnya-fakta yang meningkatkan teror Leventhal ketika dia mengetahui bahwa dia mungkin menderita kanker. Tetapi jika anak-anaknya pernah menemukan diri mereka pada posisi yang sama, mungkin mereka tidak akan terlalu takut.

bersembunyi

Teknologi Aktual

Kategori

Tidak Dikategorikan

Teknologi

Bioteknologi

Kebijakan Teknologi

Perubahan Iklim

Manusia Dan Teknologi

Bukit Silikon

Komputasi

Majalah Berita Mit

Kecerdasan Buatan

Ruang Angkasa

Kota Pintar

Blockchain

Cerita Fitur

Profil Alumni

Koneksi Alumni

Fitur Berita Mit

1865

Pandangan Ku

77 Jalan Massal

Temui Penulisnya

Profil Dalam Kemurahan Hati

Terlihat Di Kampus

Surat Alumni

Berita

Pemilu 2020

Dengan Indeks

Di Bawah Kubah

Pemadam Kebakaran

Cerita Tak Terbatas

Proyek Teknologi Pandemi

Dari Presiden

Sampul Cerita

Galeri Foto

Direkomendasikan