Screen可以为新化学品提供更好的安全测试

据估计，目前大约有8万种工业化学品在使用，用于生产服装、清洁解决方案、地毯和家具等产品。对于这些化学物质中的绝大多数，科学家对它们致癌的可能性知之甚少，甚至一无所知。

细胞中DNA损伤的检测可以预测癌症是否会发展，但对这种损伤的检测灵敏度有限。麻省理工学院的一个生物工程师团队现在提出了一种新的筛选方法，他们相信这种方法可以使这种检测更快、更容易、更准确。

美国国家毒理学计划(National Toxicology Program)是政府的一个研究机构，负责识别潜在的有害物质，目前正在研究采用麻省理工学院的测试方法来评估新的化合物。

麻省理工学院生物工程学教授、该研究的资深作者贝文·恩格尔沃德(Bevin Engelward)说:“我希望他们能利用它来识别潜在的致癌物，我们把它们从我们的环境中清除出去，防止它们大量产生。”“从接触致癌物到患癌可能需要几十年的时间，所以我们真的需要预测测试。”我们首先需要预防癌症。”

恩格尔沃德的实验室目前正在进一步验证这一试验。该试验利用的是类人肝细胞，它们代谢的化学物质与真实的人肝细胞非常相似，当DNA受损时，它们会产生一种独特的信号。

Le Ngo，前麻省理工学院研究生和博士后，是这篇论文的主要作者，这篇论文发表在今天的《核酸研究》杂志上。该论文的其他作者包括博士后Norah Owiti，研究生Yang Su，前研究生Jing Ge，新加坡-麻省理工研究与技术联盟研究生Aoli Xiong，电子工程与计算机科学教授Jongyoon Han，以及生物工程荣誉教授Leona Samson。

集成实验室系统的Carol Swartz、John Winters和Leslie Recio也是这篇论文的作者。

检测DNA损伤

目前，对化学物质致癌潜力的测试包括让老鼠接触这种化学物质，然后等着看它们是否会患上癌症，这需要大约两年的时间。

恩格尔沃德职业生涯的大部分时间都在研究检测细胞DNA损伤的方法，这种损伤最终会导致癌症。其中的一种装置，CometChip，通过把DNA放在一排微波中，放在一块聚合物凝胶板上，然后把它暴露在电场中，来揭示DNA损伤。断裂的DNA链会传播更远，形成彗星形状的尾巴。

虽然CometChip擅长检测DNA中的断裂，以及容易转化为断裂的DNA损伤，但它无法检测到另一种被称为大体积损伤的损伤。当化学物质粘附在DNA链上，扭曲双螺旋结构，干扰基因表达和细胞分裂时，就会形成这些损伤。造成这种损害的化学物质包括黄曲霉毒素和苯并芘。黄曲霉毒素是由真菌产生的，会污染花生和其他农作物。

恩格尔沃德和她的学生决定尝试改造CometChip，这样它就能检测到这种类型的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，当一个细胞发现一个大的病变时，它会试图修复它，方法是切除病变，然后用一段新的DNA替换它。

“如果有什么东西粘在DNA上，你必须把那一段DNA扯下来，然后用新的DNA替换。在这个撕裂的过程中，你正在制造一个链断裂，”恩格尔沃德说。

为了捕获这些断裂的DNA链，研究人员用两种阻止细胞合成新DNA的化合物来处理细胞。这就中断了修复过程，并产生了彗星测试可以检测到的未修复的单链DNA。

研究人员还想确保他们的试验，即HepaCometChip，能够检测到只有在肝脏中通过生物激活过程进行修饰后才会产生危害的化学物质。

“很多化学物质实际上是惰性的，直到它们被肝脏代谢，”Ngo说。“在肝脏中有很多代谢酶，这些酶会改变化学物质，使它们更容易被身体排出体外。但这个过程有时会产生比原来的化学物质毒性更大的中间产物。”

为了检测这些化学物质，研究人员必须在肝细胞中进行试验。众所周知，人体的肝细胞很难在体外生长，但麻省理工学院的研究小组成功地将一种叫做肝细胞的类肝细胞植入了这项新测试。肝细胞是法国一家公司开发的。这些细胞产生许多与正常人类肝细胞相同的代谢酶，就像人类肝细胞一样，它们可以产生潜在的有害中间体，造成巨大的损害。

提高灵敏度

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，紫外线会产生大量的损伤。在确认他们可以检测到这些损伤后，他们用9种化学物质测试了这个系统，其中7种已知会导致单链DNA断裂或大体积损伤，并发现该测试可以准确地检测到所有这些损伤。

Ngo说:“我们的新方法提高了灵敏度，因为它应该能够检测到一般的彗星检测所能检测到的任何损伤，而且还增加了庞大损伤层的厚度。”

整个过程需要两天到一周的时间，这比在老鼠身上进行的研究要快得多。

研究人员目前正在进一步验证这项测试，他们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(National Institutes of Health)的资助。

他们还与执行毒物学测试的综合实验室系统公司合作，以使这项技术商业化。Engelward说HepaCometChip不仅对新化学产品的制造商有用，对制药公司也有用，因为制药公司需要测试新药的致癌潜力。新的测试可以提供一种更简单、更快的方式来执行这些屏幕。

“一旦被证实，我们希望它能成为FDA推荐的测试，”她说。

这项研究由国家环境卫生科学研究所资助，包括NIEHS超级基金基础研究项目和麻省理工学院环境卫生科学中心。