Circulating nucleic acid (CNA) separation from serum by electrospun membranes

Abstract

Early detection of diseases is a key factor that can be made provision and successfully treated. There is a wide array of methods to diagnose cancer like biopsy, endoscopy, magnetic resonance imaging (MRI) and blood tests. In blood, while some nucleic acids are found in intracellular fluids, circulating nucleic acids (CNAs) circulate freely in extracellular fluids. They are located at genomic regions and increased levels of CNAs imply a connection with cancer and tumor initiation. For further analysis, separation and concentration of CNAs have high potential in early cancer detection. A model system was constructed with bovine serum albumin (BSA) and single stranded Deoxyribonucleic acid (ss-DNA) for the investigation of membrane separation efficiency. The membranes made of poly styrene (PS) and poly(methylmethacrylate) (PMMA) were fabricated by electrospinning and they were placed in syringe columns. By using the absorption spectroscopy, the sorption efficiency of membranes was determined. The electrospun membranes are promising for BSA uptake over a wide pH range. Under the same circumstances, thanks to PS fibers, ss-DNA uptake is very with respect to BSA uptake. Our results revealed that PS membranes show a better affinity to BSA molecules by hydrophobic interactions. In the mixture of BSA and ss-DNA, ss- DNA cannot be held on the surface of the membrane and pass through with low sorption efficiency. By altering the membrane amount in syringe column and modifiying the surface of the membranes, the separation could be enhanced. The proposed technology promises fast and effective separation of CNAs from whole blood and body fluids.

Hastalıkların teşhisi, bir kişinin sağlık durumu hakkında gerekli bilginin sağlanması için önemli bir faktördür. Kanser teşhisi için biyopsi, endoskopi, manyetik rezonans görüntüleme ve kan testleri gibi bir çok metot bulunmaktadır. Teşhiste en çok kullanılan araçlardan biri ise, insan vücudunda önemli bir yere sahip olan kandır. Kan tüm vücudu dolaşan bir sıvı bağ dokusudur ve içeriğinin %55’inde kan plazmasını bulundurur. Kan proteinlerinin serumdan uzaklaştırılması, kan testlerinde çok önemli bir basamaktır. Kanın içeriğinde bazı nükleik asitler hücre içinde bulunurken, bazıları hücre dışında serbest olarak dolanırlar. Araştırma sonuçları kanser hastalığında kanda serbest halde dolaşan bu nükleik asitlerin onkojenik ve tümör baskılayıcı olarak davrandıklarını göstermektedir. Genomik bölgelerde yer aldıklarından, sayılarındaki artış kanser hastalığının başlangıcıyla ilgili bir bağlantı kurulmasına olanak sağlamaktadır. Bu tezde kanda birlikte bulunan proteinler ve nükleik asitleri basit, ucuz ve de seçici bir yöntemle ayırmak amacıyla kullanmak için elektroeğirme tekniği ile hazırlanmış çeşitli polimerlerden, hedef biyomakromoleküle karşı seçici membran filtreler elde edilmiştir. Tek zincirli DNA ve Bovine Serum Albümini (BSA) kullanılarak hazırlanmış model bir sistem üzerinde elde edilen filtrelerin ayırma kapasitesi incelenmiştir. Elde edilen filtrelerin ayırma kapasitesi pH, filtre yüzeyindeki modifikasyonlar ve fiber çapı gibi parametreleri değiştirerek artırılmıştır. Hidrofobik filtrelerin proteinleri daha çok tutma özelliğine sahip olduğu ve filtre yüzeyine yapılan modifikasyonların ayırma kapasitesi üzerine büyük etkiye sahip olduğu gösterilmiştir.