Filamenti di DNA ingegnerizzati, strumenti su scala nanometrica chiamati "nanoswitch", potrebbero essere la chiave per Più facile, test più economici e più sensibili che possono consentire il rilevamento ad alta fedeltà di biomarcatori che indicano la presenza di diverse malattie, ceppi virali e persino variabilità genetiche sottili come una mutazione di un singolo gene.

"Un'applicazione fondamentale sia nella ricerca di base che nella pratica clinica è il rilevamento di biomarcatori nei nostri corpi, che trasmettono informazioni vitali sulla nostra salute attuale, "dice Wesley Wong, dottorato di ricerca. "Però, i metodi attuali tendono ad essere economici e facili o altamente sensibili, ma generalmente non entrambi."

Ecco perché Wong e il suo team hanno adattato la loro tecnologia di nanoswitch del DNA, precedentemente dimostrata per aiutare la scoperta di farmaci e la misura delle interazioni biochimiche, in una nuova piattaforma che chiamano test immunoassorbente legato ai nanoswitch (NLISA) per un rapido, rilevamento di proteine ​​sensibili e specifiche, che hanno riportato questa settimana in un nuovo giornale in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

"È un approccio 'il meglio di entrambi i mondi', "dice Wong, autore senior sulla carta, che è un investigatore principale nel programma del Boston Children's Hospital in Cellular and Molecular Medicine, un assistente professore alla Harvard Medical School e un membro di facoltà associato presso il Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering dell'Università di Harvard. "Questa tecnologia potrebbe tradursi in test di laboratorio e point-of-care che sono convenienti e facili da usare come i test di gravidanza a domicilio, ma sono molto più sensibili e precisi."

La piattaforma NLISA utilizza un processo chiamato elettroforesi su gel per schermare sintetizzato, singoli filamenti di "reagenti" di DNA che cambiano forma in presenza di uno specifico biomarcatore. Cominciano fintanto che, filamenti lineari di DNA, ma sono decorati con proteine ​​che si legano a un biomarcatore proteico corrispondente di interesse. Una volta esposto a quel biomarcatore corrispondente, le proteine ​​si legano ad esso e fanno piegare il filamento di DNA in un'ansa.

In combinazione con l'elettroforesi su gel, quel cambiamento di forma rende estremamente facile rilevare se il biomarcatore di interesse è presente o meno. Nell'elettroforesi su gel, un campo elettrico trascina le molecole attraverso un gel poroso. I nanointerruttori di DNA lineare si muovono molto più velocemente attraverso i pori del gel, mentre i loop dei nanoswitch attivati ​​si muovono molto più lentamente a causa della loro forma più ingombrante.

"In parole povere, le distanze percorse dai nanoswitch attraverso il gel indicano se un biomarcatore è presente o meno?, " dice il primo autore Clinton Hansen, dottorato di ricerca, un borsista post-dottorato nel laboratorio Wong.

'Esegui il gel'

Prendere, Per esempio, antigene prostatico specifico (PSA), che è un marcatore del siero del sangue utilizzato per testare gli uomini per il cancro alla prostata. Per dimostrare il loro sistema NLISA, Wong e il suo team hanno corretto campioni di siero di sangue con vari livelli di PSA. Quindi, combinando i reagenti nanoswitch per PSA con i campioni di siero, hanno eseguito l'elettroforesi su gel sulla miscela. Il team è stato in grado di rilevare la presenza di PSA con maggiore sensibilità in un volume inferiore rispetto a test comparabili.

Inoltre, durante un'altra dimostrazione di prova, Il team di Wong ha dimostrato che la loro piattaforma NLISA è in grado di distinguere tra ceppi virali altamente simili di febbre dengue in 45 minuti o meno.

"Eseguendo un gel, perturbiamo i nanointerruttori con un campo elettrico per ridurre i risultati falsi positivi utilizzando un processo chiamato "correzione di bozze cinetica, '", spiega Wong. "Anche se proteine ​​simili, come i ceppi virali correlati, potrebbero inizialmente "scattare" i nanointerruttori in loop, questi legami stretti ma non proprio perfetti possono essere spezzati, lasciando solo veri risultati positivi. Questo ci permette di distinguere tra ceppi virali che possono essere diversi anche solo per una singola mutazione genetica".

Il sistema NLISA ha il potenziale per diventare uno standard per il rilevamento delle proteine, Wong suggerisce, e potrebbe anche essere sviluppato in un portatile, dispositivo portatile per uso clinico.