DOI: https://doi.org/10.1017/erm.2025.2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39911053
تاريخ النشر: 2025-01-01
المؤلف: Dulguunnaran Naranbat وآخرون
الموضوع الرئيسي: الميكرو RNA في تنظيم الأمراض
نظرة عامة
يتناول هذا القسم من المراجعة الدور الناشئ للميكرو RNA (miRNAs) كعلامات حيوية في تشخيص الأمراض، وخاصة في السرطان، مع التأكيد على اكتشافها في الخزعات السائلة. يقدم المؤلفون تحليلًا شاملاً لطرق الكشف عن miRNA المختلفة التي تم التحقق منها باستخدام عينات سريرية، موضحين سير العمل بالكامل من جمع العينات إلى الكشف. يسلطون الضوء على المزايا والقيود لكل من التقنيات المعتمدة والجديدة، مشيرين إلى أنه بينما تعتبر الدم هي النوع الأكثر شيوعًا من العينات المستخدمة، فإن البول واللعاب أيضًا يظهران وعدًا. تؤكد المراجعة على إمكانية الخزعات السائلة لتسهيل عمليات التشخيص الأقل تدخلاً والأكثر كفاءة، خاصة لأنظمة الاختبار عند نقطة الرعاية (POC).
يبلغ المؤلفون عن تقدم كبير في الكشف عن miRNA، بما في ذلك تقنيات مبتكرة تتجاوز العزل التقليدي لـ RNA، محققة حدود كشف منخفضة تصل إلى 0.21 fM. كما يناقشون تطوير طرق خالية من التضخيم التي تظهر حدود كشف منخفضة، وهو أمر حاسم لتطبيقات POC. على الرغم من التقدم، لا تزال هناك تحديات، مثل الحاجة إلى بروتوكولات موحدة وحلول فعالة من حيث التكلفة لتعزيز الوصول. تختتم المراجعة بالتأكيد على ضرورة المزيد من التحقق في مجموعات المرضى الأكبر وإمكانية استخدام miRNAs ليس فقط كأدوات تشخيصية ولكن أيضًا كأهداف علاجية، خاصة في سياق علاج السرطان.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الأهمية الناشئة للكشف عن الميكرو RNA (miRNA) في تشخيص السرطان، مع التأكيد على إمكانياتها كعلامات حيوية بسبب مشاركتها في تكوين الأورام. تلعب miRNAs، التي هي تسلسلات RNA غير مشفرة قصيرة، دورًا حاسمًا في تنظيم الجينات بعد النسخ من خلال تعديل التعبير الجيني عن طريق الارتباط بـ RNA الرسول المستهدف. يشير البحث إلى أن miRNAs معينة تظهر مستويات تعبير متغيرة في أمراض مختلفة، مما يسمح باستخدامها كعلامات تشخيصية عندما يتم قياس وفرتها في الأفراد المتأثرين مقارنةً بالضوابط.
تعتمد الممارسات الحالية لتشخيص السرطان بشكل أساسي على خزعات الأنسجة الغازية، والتي تطرح تحديات للوصول والمراقبة المستمرة، خاصة في حالات مثل أورام الدماغ. استجابةً لذلك، يتقدم المجال بسرعة نحو الخزعات السائلة غير الغازية، باستخدام عينات مثل الدم والبول واللعاب للكشف عن miRNA. ومع ذلك، لا تزال التطبيقات العملية لهذه العلامات الحيوية قيد التدقيق بسبب نقص البروتوكولات الموحدة لجمع العينات، والاستخراج، والتقدير، مما يؤثر على موثوقية طرق الكشف. تهدف هذه المراجعة إلى تحليل طرق الكشف عن miRNA المختلفة التي تم التحقق منها باستخدام عينات سريرية، موضحة سير العمل من جمع العينات إلى الكشف وتقديم نظرة شاملة على حدود الكشف المبلغ عنها لكل طريقة.
طرق
يستعرض هذا القسم طرقًا مختلفة لعزل RNA وكشف miRNA، مع التركيز على استخدام تقنيات استخراج مختلفة واستراتيجيات تضخيم مبتكرة. بعد جمع العينات، يتم عزل RNAs الصغيرة، بما في ذلك miRNAs، باستخدام مجموعات تجارية مختلفة أو بروتوكولات معدلة. تبرز المراجعة طرق التضخيم الأنزيمي المعتمد على درجة الحرارة الثابتة، مثل تفاعل DNAzyme الحفاز المدمج مع تفاعل تبادل البرايمر (CDiPER)، الذي يعزز كشف miRNA في مرضى السكري من خلال استخدام مجسات على شكل دبوس لتفعيل تضخيم إشارة الفلورسنت. بالإضافة إلى ذلك، يتم الإشارة إلى تفاعل تضخيم حراري مضاعف قائم على سلسلة (MEXPAR) لقدرته على الكشف عن عدة miRNAs مرتبطة بسرطانات المسالك البولية في وقت واحد.
يستكشف القسم أيضًا دمج المواد النانوية في طرق التضخيم الثابتة، كما يتضح من استخدام جزيئات Au@Ag النانوية في تفاعل سلسلة الهجينة (HCR) لتوليد إشارات تشتت رامان المعزز السطحي (SERS) القابلة للكشف. علاوة على ذلك، يتم تسليط الضوء على الأطر المعدنية العضوية (MOFs) لدورها في تعزيز حساسية الكشف، مع تقنيات مثل تضخيم الحلقة الدوارة (RHOA) التي تستخدم نازعات MOF/G-quadruplex لإنتاج إشارات كيميائية كهربائية عند ارتباط miRNA. تؤكد هذه التطورات في منهجيات الكشف عن miRNA على الإمكانية لتحسين التطبيقات التشخيصية في مختلف الأمراض.
نقاش
في مناقشة الكشف عن miRNA باستخدام الخزعات السائلة، يبرز البحث مزايا الدم المحيطي كنمط العينة الرئيسي بسبب تركيزه الأعلى من miRNAs القابلة للكشف مقارنةً بسوائل الجسم الأخرى. يؤكد المؤلفون على أهمية تقنيات معالجة العينات، مثل تصفية الصفائح الدموية واستخدام مضادات التخثر المناسبة، لتعزيز جودة وموثوقية تحليل miRNA. من الجدير بالذكر أن استخدام الهيبارين غير مستحسن بسبب قدرته على التدخل في تقدير miRNA والتطبيقات اللاحقة. يتم أيضًا مناقشة استقرار مستويات miRNA في المصل مقارنةً بالبلازما، جنبًا إلى جنب مع التعقيدات التي تسببها الانحلال، والتي يمكن أن تؤثر على دقة قياسات miRNA.
تستكشف المراجعة أيضًا أنواع العينات البديلة، بما في ذلك البول واللعاب، والتي، على الرغم من كونها أقل تدخلاً، إلا أنها عمومًا تنتج نطاقًا أقل من miRNAs القابلة للكشف. يشدد المؤلفون على ضرورة التوحيد في جمع العينات ومعالجتها لضمان القابلية للتكرار عبر دراسات مختلفة. يتم تقييم طرق عزل RNA المختلفة، مثل فصل الطور العضوي والاستخراج القائم على الأعمدة الدوارة، مع الإشارة إلى الأخيرة لسلامتها وبساطتها. تغطي المناقشة أيضًا التقدم في طرق الكشف، بما في ذلك تقنيات تضخيم الدورة الحرارية مثل RT-qPCR وطرق التضخيم الثابتة المبتكرة، التي تكتسب زخمًا لتطبيقات نقطة الرعاية. يتم تسليط الضوء على الإمكانية لطرق الهجينة الخالية من التضخيم، مما يظهر قدرتها على تحقيق حدود كشف منخفضة، وهو أمر حاسم لمستقبل اختبار miRNA في الإعدادات السريرية.
DOI: https://doi.org/10.1017/erm.2025.2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39911053
Publication Date: 2025-01-01
Author(s): Dulguunnaran Naranbat et al.
Primary Topic: MicroRNA in disease regulation
Overview
This section of the review discusses the emerging role of microRNAs (miRNAs) as biomarkers in disease diagnostics, particularly in cancer, emphasizing their detection in liquid biopsies. The authors provide a comprehensive analysis of various miRNA detection methods validated with clinical samples, detailing the entire workflow from sample collection to detection. They highlight the advantages and limitations of both established and novel techniques, noting that while blood is the most commonly used sample type, urine and saliva also show promise. The review underscores the potential of liquid biopsies to facilitate less invasive and more efficient diagnostic processes, particularly for point-of-care (POC) testing systems.
The authors report significant advancements in miRNA detection, including innovative techniques that bypass traditional RNA isolation, achieving detection limits as low as 0.21 fM. They also discuss the development of amplification-free methods that demonstrate low detection limits, which are crucial for POC applications. Despite the progress, challenges remain, such as the need for standardized protocols and cost-effective solutions to enhance accessibility. The review concludes by emphasizing the necessity for further validation in larger patient cohorts and the potential for miRNAs not only as diagnostic tools but also as therapeutic targets, particularly in the context of cancer treatment.
Introduction
The introduction highlights the emerging significance of microRNA (miRNA) detection in cancer diagnostics, emphasizing their potential as biomarkers due to their involvement in tumorigenesis. miRNAs, which are short non-coding RNA sequences, play a critical role in post-transcriptional gene regulation by modulating gene expression through binding to target messenger RNAs. The paper notes that specific miRNAs exhibit altered expression levels in various diseases, allowing for their use as diagnostic markers when their abundance is measured in affected individuals compared to controls.
Current cancer diagnostic practices primarily rely on invasive tissue biopsies, which pose challenges for accessibility and continuous monitoring, particularly in cases like brain tumors. In response, the field is rapidly advancing towards non-invasive liquid biopsies, utilizing samples such as blood, urine, and saliva for miRNA detection. However, the practical application of these biomarkers is still under scrutiny due to the lack of standardized protocols for sample collection, extraction, and quantification, which affects the reliability of detection methods. This review aims to analyze various miRNA detection methods validated with clinical samples, detailing the workflow from sample collection to detection and providing a comprehensive overview of the reported limits of detection for each method.
Methods
The section outlines various methods for RNA isolation and miRNA detection, emphasizing the use of different extraction techniques and innovative amplification strategies. Following sample collection, small RNAs, including miRNAs, are isolated using various commercial kits or modified protocols. The review highlights enzyme-based isothermal amplification methods, such as the catalytic DNAzyme integrated with primer exchange reaction (CDiPER), which enhances miRNA detection in diabetes patients by utilizing hairpin probes to activate fluorescence signal amplification. Additionally, a cascade-based multiplexed exponential isothermal amplification reaction (MEXPAR) is noted for its ability to simultaneously detect multiple miRNAs associated with urological cancers.
The section further explores the integration of nanomaterials in isothermal amplification methods, exemplified by the use of Au@Ag nanoparticles in hybridization chain reaction (HCR) to generate detectable surface-enhanced Raman scattering (SERS) signals. Moreover, metal-organic frameworks (MOFs) are highlighted for their role in enhancing detection sensitivity, with techniques like rolling hoop orbital amplification (RHOA) utilizing MOF/G-quadruplex nanozymes to produce electrochemiluminescent signals upon miRNA binding. These advancements in miRNA detection methodologies underscore the potential for improved diagnostic applications in various diseases.
Discussion
In the discussion of miRNA detection using liquid biopsies, the paper highlights the advantages of peripheral blood as the primary sample type due to its higher concentration of detectable miRNAs compared to other bodily fluids. The authors emphasize the importance of sample processing techniques, such as filtering out platelets and using appropriate anticoagulants, to enhance the quality and reproducibility of miRNA analysis. Notably, the use of heparin is discouraged due to its potential to interfere with miRNA quantification and downstream applications. The stability of miRNA levels in serum compared to plasma is also discussed, alongside the complications introduced by hemolysis, which can affect the accuracy of miRNA measurements.
The review further explores alternative sample types, including urine and saliva, which, while less invasive, generally yield a lower range of detectable miRNAs. The authors stress the necessity for standardization in sample collection and processing to ensure reproducibility across different studies. Various RNA isolation methods, such as organic phase separation and spin column-based extraction, are evaluated, with the latter being noted for its safety and simplicity. The discussion also covers advancements in detection methods, including thermal cycling amplification techniques like RT-qPCR and innovative isothermal amplification methods, which are gaining traction for point-of-care applications. The potential for amplification-free hybridization methods is highlighted, showcasing their ability to achieve low detection limits, which is crucial for the future of miRNA testing in clinical settings.