In meno di un secondo, un piccolo sensore utilizzato nella ricerca sulla chimica del cervello può rilevare le molecole chiave che forniscono le istruzioni genetiche per la vita, RNA e DNA, mostra un nuovo studio dell'Università americana.

I ricercatori dell'AU ritengono che il sensore sia uno strumento utile per gli scienziati impegnati nella ricerca clinica per misurare il metabolismo del DNA, e che il sensore potrebbe essere un modo rapido per i medici di laboratorio di distinguere i campioni "sani" da quelli "malati" e determinare se un agente patogeno è fungino, batterico, o virale, prima di condurre ulteriori analisi.

Per esplorare se i sensori potrebbero rilevare RNA e DNA, Alessandro Zestos, professore assistente di chimica, ha collaborato con John Bracht, professore associato di biologia, per testare un nuovo metodo per il rilevamento di RNA e DNA. Entrambi i professori fanno parte del Center for Neuroscience and Behaviour dell'AU, che riunisce ricercatori provenienti da una varietà di campi per studiare il cervello e il suo ruolo nel comportamento.

Un nuovo elettrodo misura RNA e DNA

I sensori, noti anche come microelettrodi in fibra di carbonio, consentono a ricercatori come Zestos di effettuare misurazioni precise delle sostanze chimiche nel cervello. I ricercatori possono saperne di più sui complessi circuiti del cervello di percorsi neurali e neurotrasmettitori, sostanze chimiche nel cervello che trasmettono messaggi lungo un determinato percorso.

Zestos e Bracht hanno utilizzato un tipico microelettrodo in fibra di carbonio con voltammetria ciclica a scansione rapida, lo stesso tipo di sensore utilizzato per rilevare la dopamina nel cervello. Il lavoro di Zestos prevede spesso l'uso di sensori per rilevare e misurare la dopamina nel cervello, perché il neurotrasmettitore partecipa a un'ampia gamma di attività nel sistema nervoso, dai movimenti corporei alle risposte emotive.

I ricercatori hanno modificato il sensore con un elettrodo specializzato. Non erano sicuri che avrebbe funzionato, e sono rimasto sorpreso quando l'elettrodo, o forma d'onda, rilevato i picchi ossidativi di adenosina e guanosina, due degli elementi costitutivi del DNA. Il tempo di rilevamento è veloce, avviene in meno di un secondo. I metodi di ricerca sono stati verificati utilizzando RNA e DNA sia animali che sintetici.

Uno strumento di ricerca e pre-diagnostica

A breve termine, Bracht e Zestos considerano lo strumento utile nella ricerca clinica. I ricercatori che utilizzano lo strumento potrebbero ottenere informazioni utili sugli acidi nucleici e misurare i rapporti relativi di adenosina, guanosina e citidina, un'altra base di DNA. Circa le dimensioni di una ciocca di capelli umani, il sensore è abbastanza piccolo da impiantarsi nelle cellule, fazzoletto di carta, o in organismi vivi. Il sensore può rilevare DNA o RNA in qualsiasi campione di fluido, comprese le goccioline liquide, saliva, sangue o urina.

Il sensore potrebbe essere utilizzato anche come pre-diagnostica. L'insorgenza di malattie o infezioni fungine può causare un rapido aumento degli acidi nucleici, che il sensore può misurare, e possibilmente prevedere infezioni rapide, hanno detto i ricercatori. Potrebbero essere necessari fino a un giorno o più per i risultati dei test per il coronavirus, Per esempio.

"I sensori elettrochimici possono essere utilizzati per valutare i campioni prima dei metodi basati sulla sequenza, " Bracht ha detto. "Possiamo immaginare diversi casi in cui clinicamente è utile misurare rapidamente il DNA o l'RNA in un campione prima di un ulteriore sequenziamento. Per esempio, potrebbe essere utilizzato quando ci sono molti campioni da controllare rapidamente prima di eseguire test più approfonditi".

Una limitazione attuale è che il sensore dovrà rilevare più dei semplici filamenti di DNA e RNA. Per rilevare un virus specifico o per test genetici, il sensore dovrà rilevare la sequenza genica di un virus. Un prossimo passo nella ricerca sarà modificare ulteriormente il sensore per vedere se il sensore è in grado di rilevare un virus. Il sensore ha potenzialmente una varietà di applicazioni per le quali saranno necessarie ulteriori ricerche, anche all'interno della scienza forense e in altri campi in cui i sensori svolgono un ruolo di primo piano.

"Abbiamo anche pensato se possiamo misurare il metabolismo del DNA all'interno di cervelli e cellule viventi, " Ha detto Bracht. "Potremmo usare un elettrodo per misurare i neurotrasmettitori come la dopamina e anche misurare il DNA e l'RNA e i loro elementi costitutivi in ​​tempo reale in un cervello".

La nuova ricerca è pubblicata sulla rivista di chimica ACS Omega .