(PhysOrg.com) -- Un team di ricercatori dell'Università di Toronto ha utilizzato nanomateriali per sviluppare un microchip economico abbastanza sensibile da determinare rapidamente il tipo e la gravità del cancro di un paziente in modo che la malattia possa essere rilevata prima per un trattamento più efficace. Il loro lavoro, riportato in due articoli pubblicati su riviste ACS Nano e Nanotecnologia della natura , potrebbe annunciare un'era in cui la diagnostica molecolare poco costosa ma sofisticata diventerà un luogo comune.
Il nuovo dispositivo dei ricercatori è in grado di rilevare prontamente i biomarcatori caratteristici che indicano la presenza di cancro a livello cellulare, anche se queste biomolecole - geni che indicano forme aggressive o benigne della malattia e differenziano sottotipi di cancro - sono generalmente presenti solo a bassi livelli nei campioni biologici. L'analisi può essere completata in 90 minuti, un miglioramento significativo rispetto alle procedure diagnostiche esistenti che generalmente richiedono giorni.
"Oggi, ci vuole una stanza piena di computer per valutare un campione clinicamente rilevante di biomarcatori del cancro e i risultati non sono rapidamente disponibili, ", ha detto il co-leader del team Shana Kelley. "Il nostro team è stato in grado di misurare le biomolecole su un chip elettronico delle dimensioni di un dito e analizzare il campione entro mezz'ora. La strumentazione necessaria per questa analisi può essere contenuta in un'unità delle dimensioni di un BlackBerry."
Il dispositivo a nanoelettrodi che Kelley, collaboratore Edward Sargent, e i loro studenti hanno creato è in grado di rilevare i geni correlati alla malattia senza l'uso della PCR per amplificare il DNA di basso livello. Gli elettrodi, quali sono i componenti chiave del dispositivo, hanno una nuova forma nanostrutturata altamente ramificata in grado di rilevare le concentrazioni di attomolari di DNA. Utilizzando array di elettrodi, ciascuno diverso per il grado di ramificazione nanostrutturata, gli investigatori sono stati in grado di costruire un dispositivo in grado di rilevare molecole di DNA su sei ordini di grandezza, superare il problema della gamma dinamica - la capacità di rilevare sia molecole comuni che rare - che ha afflitto altri dispositivi.
I ricercatori hanno fabbricato questi dispositivi utilizzando un processo di produzione di microchip standard noto come fotolitografia per creare la griglia di elettrodi di base necessaria per misurare più biomarcatori contemporaneamente, e poi ha utilizzato una seconda tecnica nota come elettrodeposizione per far crescere le nanostrutture ramificate sugli elettrodi, controllare la dimensione di ciascun elettrodo variando il tempo durante il quale si è verificata l'elettrodeposizione. Con gli elettrodi in posizione, i ricercatori li hanno poi rivestiti con varie molecole che legano il DNA note come acidi nucleici peptidici, o PNA, che possono essere progettati per legarsi a una specifica sequenza genica. Quando un pezzo di DNA si lega alla sua molecola complementare di DNA o RNA, innesca una reazione chimica che altera il segnale elettrico generato dall'elettrodo associato.
Usando il loro dispositivo, i ricercatori hanno analizzato campioni di RNA messaggero da biopsie di cancro alla prostata. La loro analisi ha mostrato che il dispositivo è in grado di rilevare le fusioni geniche caratteristiche del cancro alla prostata. Ma ancora più importante, il dispositivo è stato in grado di distinguere tra fusioni geniche associate a forme di cancro alla prostata a crescita rapida o lenta.
Il documento che descrive la costruzione di questo nanobiosensore è intitolato, "Programmazione dei limiti di rilevamento dei biosensori attraverso la nanostrutturazione controllata". Un abstract di questo articolo è disponibile sul sito Web della rivista.
Il documento che descrive in dettaglio l'uso del nanobiosensore per rilevare e caratterizzare i tumori è intitolato, "Profilazione diretta dei biomarcatori del cancro nel tessuto tumorale utilizzando un circuito integrato di microelettrodi nanostrutturati multiplexato". Un abstract di questo articolo è disponibile sul sito Web della rivista.
Fornito dal National Cancer Institute (notizie:web)
