Un team di ricercatori dell'UCLA ha trovato un modo per velocizzare e semplificare il rilevamento delle proteine ​​nel sangue e nel plasma, aprendo la strada alla diagnosi precoce di malattie infettive o cancro durante la visita di uno studio medico. Il nuovo test richiede circa 10 minuti rispetto alle due o quattro ore degli attuali test all'avanguardia.

Il nuovo approccio ha superato diverse sfide chiave nel rilevare le proteine ​​che sono biomarcatori della malattia. Primo, queste proteine ​​sono spesso a bassa abbondanza nei fluidi corporei e l'identificazione accurata delle stesse richiede processi di amplificazione. L'approccio attuale utilizza enzimi per amplificare il segnale dalle proteine. Però, gli enzimi possono degradarsi se non vengono conservati a temperature adeguate. Anche, per evitare un falso positivo, gli enzimi in eccesso devono essere lavati via. Ciò aumenta la complessità e il costo del test.

Lo studio, che includeva ricercatori della Henry Samueli School of Engineering and Applied Science, il California NanoSystems Institute, e la David Geffen School of Medicine, è stato pubblicato online nella rivista ACS Nano .

I ricercatori hanno incluso l'autore principale Donghyuk Kim, un ricercatore post-dottorato UCLA in bioingegneria e Dino Di Carlo, professore di bioingegneria. Hanno collaborato con Aydogan Ozcan, Professore Ordinario di Ingegneria Elettrica e Bioingegneria e Omai Garner, assistente professore di patologia e medicina presso la David Geffen School of Medicine dell'UCLA.

Il team dell'UCLA ha ideato un approccio per amplificare un segnale proteico senza enzimi, eliminando così la necessità di un sistema complesso per lavare via gli enzimi in eccesso, e questo funzionerebbe solo in presenza della proteina bersaglio. Questo nuovo approccio ha utilizzato una reazione a catena molecolare che è stata fortemente innescata solo in presenza di una proteina bersaglio.

La reazione a catena molecolare è guidata da un ciclo di eventi di legame al DNA. Il processo inizia con una chiave DNA divisa in due parti. Se la proteina bersaglio è presente, le due parti si legano insieme per formare un complesso di DNA. La formazione del complesso del DNA genera molecole di segnalazione del DNA, che a sua volta genera lo stesso complesso di DNA, portando a più molecole di segnalazione, propagando così cicli ripetuti.

"Tagliando la 'chiave' del DNA in due parti, abbiamo scoperto che ogni parte non poteva catalizzare o "aprire" la reazione separatamente, ma solo quando una proteina ha agito come colla, essenzialmente collegando le parti insieme, la chiave del DNA è tornata funzionante? " ha detto Kim, un membro del laboratorio di Di Carlo.

Le scoperte del team dell'UCLA si basano su lavori precedenti che utilizzavano questo meccanismo di amplificazione dell'acido nucleico privo di enzimi per rilevare il DNA.

"A differenza dei precedenti approcci per ottenere una lettura amplificata delle proteine, come il saggio di legatura di prossimità, questo approccio non richiede più enzimi, reazioni enzimatiche basate sulla polimerizzazione più lunghe, o controllo della temperatura per amplificare il segnale, " Di Carlo ha detto. "In effetti il ​​nuovo test funziona a temperatura ambiente e raggiunge risultati in circa 10 minuti".

Il team ha dimostrato l'approccio con due proteine ​​bersaglio:streptavidina, ampiamente utilizzato come proteina di prova per nuovi test diagnostici, e nucleoproteina influenzale, che è una proteina associata al virus dell'influenza.

A lungo termine il team mira a combinare la tecnica con lettori portatili che potrebbero essere particolarmente utili nelle cliniche in aree povere di risorse.

"Poiché la tecnica richiede meno passaggi rispetto ad altri dosaggi, può avere un impatto significativo sulla diagnostica distribuita e sulla segnalazione della salute pubblica, soprattutto in combinazione con la tecnologia di lettura portatile e in rete conveniente che il nostro laboratorio sta sviluppando, " ha detto Ozcan.

All'inizio di quest'anno il team ha dimostrato un lettore di micropiastre portatile sinergico adatto per i test diagnostici delle proteine ​​basati sui sistemi ottici e computazionali di un cellulare.

Garner, che è anche direttore associato del laboratorio di microbiologia clinica presso l'UCLA Health, ha sottolineato l'ampia applicazione della tecnica. "Anche se inizialmente dimostrato nel rilevare le proteine ​​associate all'influenza, prevediamo che l'approccio possa essere generalizzato a una gamma di biomarcatori proteici associati a malattie infettive e cancro, " ha detto Garner. Ha notato che potrebbe essere configurato per rilevare malattie come Zika o Ebola.

I ricercatori hanno sottolineato che è necessario un lavoro aggiuntivo per adattare il test a campioni clinici complessi che possono avere altri composti interferenti, e un'ulteriore ottimizzazione dei reagenti per il saggio può migliorare le prestazioni.