(Phys.org) -- I ricercatori di nanotecnologia di Cornell hanno ideato un nuovo strumento per studiare i cambiamenti epigenetici nel DNA che possono causare il cancro e altre malattie:un dispositivo fluidico su scala nanometrica che seleziona e raccoglie il DNA, una molecola alla volta.

L'epigenetica si riferisce ai cambiamenti chimici nel DNA che non alterano l'effettivo codice genetico, ma possono influenzare l'espressione dei geni e possono essere trasmessi quando le cellule si riproducono. Uno dei più importanti è la metilazione del DNA, dove i gruppi metilici - piccole strutture di carbonio e idrogeno - sono attaccati al DNA. I biologi lo studiano facendo precipitare chimicamente le molecole metilate, ma questi metodi richiedono campioni di grandi dimensioni e spesso danneggiano o buttano via le molecole che dovrebbero trovare. La nanofluidica offre un modo per selezionare singole molecole da piccoli campioni e raccoglierle per ulteriori studi.

Il nuovo dispositivo, sviluppato nel laboratorio di Harold Craighead, il Charles W. Lake Jr. Professore di Ingegneria, è descritto nell'edizione online anticipata del 21 maggio del Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

Il processo inizia con una reazione biochimica che attacca un tag fluorescente alle molecole di DNA metilato. Quindi il campione viene guidato attraverso un canale nanofluidico di circa 250 nanometri di diametro, così piccolo che le molecole di DNA passano una alla volta. I laser illuminano il flusso e causano fluorescenza. Quando passa una molecola fluorescente, un rivelatore innesca un campo elettrico pulsato che spinge la molecola da un lato appena prima che il canale si divida in una Y. Le molecole metilate scendono lungo un ramo, tutto il resto giù per l'altro.

"L'identità del colore diventa un codice a barre per come vengono trattate le molecole, " ha spiegato Ben Cipriany, dottorato di ricerca '12, ricercatore capo del progetto, tracciando un'analogia con i metodi utilizzati dall'ufficio postale per smistare i pacchi su un nastro trasportatore. "Alla fine potremmo usare più colori, ciascuno che rappresenta una diversa caratteristica epigenetica, " Ha aggiunto.

Il dispositivo reagisce così rapidamente da poter selezionare più di 500 molecole al minuto, hanno detto i ricercatori. Lo smistamento fluorescente non è nuovo, hanno notato, ma prima si faceva solo con materiali più grandi, come nanoparticelle o cellule.

"Abbiamo realizzato una versione miniaturizzata che ordina le singole molecole e funziona con una quantità molto piccola di materiale in ingresso, ", ha detto Cipriani.

Per testare il loro metodo, i ricercatori hanno osservato la fluorescenza in ciascun braccio della Y. Hanno anche raccolto il minuscolo campione di molecole che erano state selezionate come metilate, lo ha amplificato utilizzando il metodo PCR (reazione a catena polimerizzata) familiare ai chimici organici e ha analizzato il campione risultante. I falsi positivi erano limitati a circa l'1-2%, che si confronta favorevolmente con altri metodi di smistamento, loro hanno detto.

L'output ordinato potrebbe essere diretto a un ulteriore sistema microfluidico per il sequenziamento genico automatizzato, i ricercatori hanno suggerito. Il metodo potrebbe anche essere adattato ad altri compiti di separazione delle molecole, hanno aggiunto.

La ricerca è stata sostenuta dal National Institutes of Health, Cornell Center for Invertebrate Genetics e National Cancer Institute. La nanofabbricazione è stata eseguita presso la Cornell NanoScale Science and Technology Facility, finanziato dalla National Science Foundation.

Cipriani, che ha iniziato questa ricerca come parte del suo dottorato di ricerca. studi alla Cornell, è ora presso l'IBM Semiconductor Research and Development Center di Hopewell Junction, N.Y.