In Vitro Selection of DNA Aptamers for Metastatic Breast Cancer Cell Recognition and Tissue Imaging

Abstract

Cancer is a major public health issue, with metastatic cancer accounting for the overwhelming majority of cancer deaths. Early diagnosis and appropriate treatment of metastatic cancer may largely prolong the survival rate and improve the quality of life for patients. In this study, we have identified a panel of DNA aptamers specifically binding to MDA-MB-231 cells derived from metastatic site-pleural effusion, with high affinity after 15 rounds of selections using the cell-based systematic evolution of ligands by exponential enrichment (SELEX) method. The selected aptamers were subjected to flow cytometry and laser confocal fluorescence microscopy to evaluate their binding affinity and selectivity. The aptamer LXL-1 with the highest abundance in the enriched library demonstrated a low K(d) value and excellent selectivity for the recognition of the metastatic breast cancer cells. Tissue imaging results showed that truncated aptamer sequence LXL-1-A was highly specific to the corresponding tumor tissue and displayed 76% detection rate against breast cancer tissue with metastasis in regional lymph nodes. Therefore, on the basis of its excellent targeting properties and functional versatility, LXL-1-A holds great potential to be used as a molecular imaging probe for the detection of breast cancer metastasis. Our result clearly demonstrates that metastatic-cell-based SELEX can be used to generate DNA ligands specifically recognizing metastatic cancer cells, which is of great significance for metastatic cancer diagnosis and treatment.

DNA aptamers selection for breast cancer

“…В литературе описано несколько аптамеров к тканям рака молочной железы, однако их действие показано только на модельных экспериментах и до сих пор нет данных о возможности их применения на реальных клинических образцах [16,17]. Исключение составил аптамер LXL-1-A, селективность которого к клиническим образцам была недостаточно высока, он окрашивал только 76% образцов тканей метастазирующего рака молочной железы и 39% тканей неметастазирующего рака молочной железы и связывался с 8% образцов здоровой ткани молочной железы [17].…”

“…В литературе описано несколько аптамеров к тканям рака молочной железы, однако их действие показано только на модельных экспериментах и до сих пор нет данных о возможности их применения на реальных клинических образцах [16,17]. Исключение составил аптамер LXL-1-A, селективность которого к клиническим образцам была недостаточно высока, он окрашивал только 76% образцов тканей метастазирующего рака молочной железы и 39% тканей неметастазирующего рака молочной железы и связывался с 8% образцов здоровой ткани молочной железы [17]. Тем не менее, поскольку при выборе тактики селекции аптамеров принято руководствоваться устоявшимися критериями выбора рецептора-мишени и ввиду большей доступности для исследователей рекомбинантных белков и клеточных линий, в список возможных кандидатов в биомаркеры заранее не попадают потенциальные уникальные белки-онкомаркеры.…”

“…Тем не менее, поскольку при выборе тактики селекции аптамеров принято руководствоваться устоявшимися критериями выбора рецептора-мишени и ввиду большей доступности для исследователей рекомбинантных белков и клеточных линий, в список возможных кандидатов в биомаркеры заранее не попадают потенциальные уникальные белки-онкомаркеры. В литературе описаны аптамеры к нескольким белкам-биомаркерам рака молочной железы -муцину 1 (MUC1) [18], эпидермальному фактору роста 2 (HER2) [19], периостину [20] и клеточной культуре метастазирующего рака молочной железы MDA-MB-231 [17]. Аптамеры, полученные к клеточным линиям и рекомбинантным белкам и хорошо зарекомендовавшие себя в модельных экспериментах, не всегда эффективны для работы с клиническими образцами [16,17].…”

Aptamer for imaging and therapeutic targeting of brain tumor glioblastoma

“…Aptamers have been developed for flow cytometric identification of various tumor cells, such as small cell lung cancer, breast and gastric cancers, acute myelogenous leukemia and glioblastoma among further examples (21,26,(47)(48)(49)(50)(51).…”

Triple Negative Breast Cancer: Nanosolutions for a Big Challenge

“…This class of targeting ligands presents several advantageous features over antibodies, including low immunogenicity, high stability, easy production and modification 40. Target‐binding aptamers can be selected through a screening process similar to Phage Display named Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment (SELEX) 24, 39.…”