Obrazowanie Ramana i endospektroskopia w onkologicznych badaniach omicznych
Cancer-Omics. Vibrational Imaging and Endospectroscopy Takes Cancer Research to the Next Level
Typ projektu: naukowo-badawczy
Słowa kluczowe: Obrazowanie Ramana nowotwory AFM diagnostyka modyfikacje epigenetyczne w nowotworach fenotyp lipidowy
Słowa kluczowe (angielski): Raman imaging cancer research AFM oncological diagnostics epigenetic modifications in cancer lipid phenotype
Członkowie konsorcjum: Projekt nie był realizowany w ramach konsorcjum
Okres realizacji projektu: 30.01.2020 - 29.01.2024
Instytucja finansująca: Narodowe Centrum Nauki
Nazwa programu: Opus
Kierownik projektu:
Wartość dofinansowania: 1 200 900,00 PLN
Wartość projektu: 1 200 900,00 PLN
1. Cele projektu badawczego/hipoteza badawcza Głównym celem projektu jest opracowanie innowacyjnych metod monitorowania „omicznego” (proteomicznego, lipidomicznego i epigenetycznego) modyfikacji w nowotworach z wykorzystaniem wielomodułowej platformy onkologicznej: Raman-Obrazowanie fluorescencyjne-SNOM-AFM, które zapewni ultraczułą, szybką, nieinwazyjną, obiektywną metodę dla monitorowania rozwoju nowotworu piersi u człowieka. Takie podejście pozwoli na badanie zmian nowotworu z niespotykaną jak dotąd rozdzielczością przestrzenną i spektralną. W rezultacie projekt przyczyni się do zrozumienia mechanizmów przeprogramowania metabolicznego w komórkach nowotworowych, zaburzenia polaryzacji i zmian epigenetycznych zachodzących w komórkach nabłonka i otaczającej macierzy zewnątrzkomórkowej podczas rozwoju nowotworu. Zrozumienie zaburzenia polaryzacji, zmian epigenetycznych i przemian metabolicznych pozwoli zwiększyć czułość metod diagnostycznych na wykrywanie markerów nowotworowych – podniesienie możliwości zastosowania metody spektroskopii Ramana w badaniach przesiewowych i diagnostyce. Cel ten zostanie osiągnięty poprzez następujące cele szczegółowe: 1. Ocena potencjału diagnostycznego analizy spektroskopowej i nanomechanicznej metodą (R-IR-F-SNOM-AFM) w liniach komórek piersi (podtyp normalny (MCF10A; choroba włóknisto-torbielowata) i dwa podtypy raka, przerzuty do światła (MCF7; ESR1/PGR+) i podstawnopodobnych (MDA-MB-231; ESR1/PGR- HER2-) i HER+ ATCC HTB-30 (SKBR3) oraz w wycinkach ludzkiego gruczołu piersiowego, 2. Weryfikacja hipotezy, że analiza spektroskopowa i nanomechaniczna potranslacyjnych modyfikacji (modyfikacje chromatyny (H3, H3K4me3, H3K9me3 i H3K9/K14ac)), metylacja DNA (CpG metylacja), fosforylacja) przez (R-IR-F-SNOM-AFM) w liniach komórek piersi (podtyp normalny (MCF10A; choroby włóknisto-torbielowate) i dwa podtypy raka, luminalny (MCF7; ESR1/PGR+) i przerzuty podstawnopodobne (MDAMB-231; ESR1/PGR- HER2-) i HER+ ATCC HTB-30 (SKBR3) oraz tkanki mogą określać komórki i charakterystyka molekularna fenotypu komórek piersi, 3. Ocena potencjału diagnostycznego analizy spektroskopowej i nanomechanicznej metodą (R-IR-F-SNOM-AFM) do sygnatur epigenetycznych i metabolicznych o różnym stopniu agresywności nowotworu w ludzkich tkankach nowotworowych i in vivo modelach zwierzęcych. Poprzez ustalenie zmian w profilach spektroskopii Ramana w modelowych liniach komórkowych, tkankach ludzkich, zwierzęcych modelach in vivo, będziemy w stanie zdefiniować sygnaturę epigenetyczną nowotworów o różnym stopniu agresywności i określić różnice molekularne prowadzące do zmian fenotypowych podczas progresji nowotworu u ludzi. 2. Metodologia projektów badawczych. Zastosujemy unikalną wielomodułową platformę optyczną: obrazowanie ramanowskie-IR-fluorescencyjne-SNOM-AFM, które mogą otwierać nowe obszary w biologii nowotworów, szczególnie w zmianach epigenetycznych i metabolicznych oraz monitorowanie utraty polarności komórek nabłonkowych podczas rozwoju nowotworu. Uzyskane wyniki za pomocą analizy głównych składowych (PCA) i dyskryminacyjnej metody cząstkowych najmniejszych kwadratów (PLSDA) pozwolą oszacować czułość i swoistość proponowanej do diagnostyki metody. Spodziewany wpływ projektu badawczego na rozwój nauki, cywilizacji i społeczeństwa. Zrozumienie zaburzenia polaryzacji, zmian epigenetycznych i zmian metabolicznych spowoduje wzrost czułości metod diagnostycznych – podniesienie możliwości wykorzystania metod ramanowskich do badań przesiewowych oraz wczesne wykrywanie nowotworów oraz monitorowanie immunoterapii i odpowiedzi na leki celowane na terapię. Jako wynik projektu można zidentyfikować nowe biomarkery do monitorowania nowotworu piersi za pomocą wirtualnej histopatologii Ramana, biopsji optycznej in vivo i chirurgii nawigowanej metodą spektroskopii Ramana podczas zabiegu chirurgicznego i farmakologicznego. Wyniki zostały przełożone już na praktykę kliniczną (zgłoszenia patentowe).
1. Research project objectives/ Research hypothesis The main objective of the project is to develop innovative methods for monitoring ‘omic’ (proteomic, lipidomic, and epigenetic) modifications in cancers based on the use of multimode oncological platform: Raman- Fluorescence-SNOM-AFM imaging, which will provide ultrasensitive, quick, non-invasive, objective method for monitoring cancer development of the human breast. This approach will allow to studying the neoplastic lesions with unprecedented spatial, and spectral resolutions. As a result the project will give contribution to the understanding of mechanisms of metabolic reprogramming in cancer cells, the polarity disruption and epigenetic changes that occur within the epithelial cells and in surrounding extracellular matrix during cancer development. The understanding of polarity disruption, epigenetic changes and metabolic alterations will increase the sensitivity of diagnostic methods to detect markers of cancer – raising the possibility of using Raman methods for screening and diagnostics. This goal will be achieved by the following specific objectives: 1. Assessment of the diagnostic potential of spectroscopic and nanomechanical analysis by (R-IR-F-SNOMAFM) in breast cell lines (a normal-like subtype (MCF10A; fibrocystic disease) and two cancer subtypes, luminal (MCF7; ESR1/PGR+) and basal-like metastatic (MDA-MB-231; ESR1/PGR- HER2-), and HER+ ATCC HTB-30 (SKBR3) and in human breast tissue, 2. Verification the hypothesis that spectroscopic and nanomechanical analysis of specific post -translational modifications (chromatin modifications (H3, H3K4me3, H3K9me3 and H3K9/K14ac)), DNA methylation (CpG methylation), phosphorylation) by (R-IR-F-SNOM-AFM) in breast cell lines (a normal-like subtype (MCF10A; fibrocystic disease) and two cancer subtypes, luminal (MCF7; ESR1/PGR+) and basal-like metastatic (MDAMB- 231; ESR1/PGR- HER2-), and HER+ ATCC HTB-30 (SKBR3) and tissues may define the cellular and molecular characteristics of breast cell phenotype, 3. Assessement of the diagnostic potential of spectroscopic and nanomechanical analysis by (R-IR-F-SNOM-AFM) for epigenetic and metabolic signatures of distinct stages of cancer in human cancer tissues and vivo models in animals. By establishing changes in Raman spectroscopic profiles in these model cell lines, human tissues, animal models in vivo, we will be able to define an epigenetic signature of distinct stages of cancer and determine molecular differences leading to phenotypic changes during cancer progression in humans. 2. Research project methodology. We will employ the unique multiple-modality optical platform: Raman- IR- Fluorescence-SNOM-AFM imaging that may open new expanses in cancer biology particularly in epigenetic and metabolic alterations and in monitoring loss of polarity of epithelial cells during cancer development. The chemometric analysis of the obtained results using the principal component analysis (PCA) and Partial Least Squares Discriminant Analysis (PLSDA) methods will allow to estimate the sensitivity and specificity of the proposed diagnostic method. Expected impact of the research project on the development of science, civilization and society. The understanding of polarity disruption, epigenetic changes and metabolic alterations will results in increasing the sensitivity of diagnostic methods– raising the possibility of using Raman-driven methods for screening and early detection of cancer as well as monitoring immunotherapy and targeted drugs response to therapy. As a result the project may identify new biomarkers for breast cancer surveillance for virtual Raman histopathology, optical biopsy in vivo and Raman-guided pre or intra-operative navigation during surgery and pharmacologic targets for treatment. We have already translated the results into clinical practice (patent applications).
Powrót