Il sequenziamento del DNA è diventato così comune, pochi si rendono conto di quanto sia difficile estrarre anche una singola molecola di DNA da un campione biologico.

La ricerca condotta da UC Riverside sta rendendo più facile rilevare e catturare il DNA da campioni di fluidi come il sangue utilizzando un minuscolo tubo di vetro e corrente elettrica. La tecnica, descritto nel giornale Nanoscala , può anche migliorare la diagnosi del cancro in futuro.

DNA, un doppio filamento, molecola elettricamente carica che contiene tutte le informazioni di cui un organismo ha bisogno per creare e organizzare gli elementi costitutivi della vita, è strettamente ripiegato all'interno del nucleo cellulare. L'estrazione del DNA da una singola cellula richiede tempo e non è pratica per molti scopi medici e scientifici. Fortunatamente, mentre le cellule muoiono naturalmente, le loro membrane scoppiano, rilasciando i contenuti, compreso il DNA. Ciò significa che un campione di sangue, Per esempio, contiene molti filamenti di DNA fluttuante che dovrebbero, in teoria, essere più facile da identificare ed estrarre in quantità.

Però, cellule spazzine chiamate macrofagi che ripuliscono i rifiuti cellulari distruggono la maggior parte del DNA privo di cellule, lasciandolo a basse concentrazioni nel sangue. La maggior parte degli approcci per catturare il DNA privo di cellule richiede tecniche costose che concentrano prima le molecole prima di utilizzare coloranti fluorescenti per aiutare a vedere il DNA.

L'autore corrispondente Kevin Freedman, un assistente professore di bioingegneria presso il Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering di UC Riverside, ha condotto uno sforzo per migliorare il rilevamento e la cattura del DNA a concentrazioni inferiori utilizzando una carica elettrica per dirigere un campione di DNA direttamente in un tubo di vetro con una minuscola apertura chiamata nanoporo. Il rilevamento dei nanopori è emerso come un veloce, affidabile, ed economico strumento di diagnosi in diverse applicazioni mediche e cliniche.

"Sappiamo che se applichi tensione attraverso una membrana cellulare, gli ioni si muoveranno attraverso i pori della membrana cellulare, " ha detto Freedman. "Anche il DNA viaggia con il campo elettrico, e possiamo usarlo per spostare il DNA."

I ricercatori hanno inserito un elettrodo positivo all'interno di un tubo di vetro con un'apertura, o poro, Largo 20 nanometri, un po' più grande di una molecola di DNA ma troppo piccolo per ammettere le cellule. Hanno applicato un potenziale elettrico al nanoporo, che è stato immerso in una fiala contenente un campione di DNA e un elettrodo negativo. Il DNA privo di cellule si è spostato nel poro e lo ha bloccato. Il cambiamento nella corrente elettrica mentre il DNA viaggiava attraverso il poro ha permesso ai ricercatori di rilevarlo.

"È come cercare di infilare gli spaghetti attraverso un ago, " Ha detto Freedman. "Per passare attraverso il poro deve essere quasi perfettamente lineare."

Più vicino alla superficie del liquido i ricercatori hanno tenuto il poro, più DNA ha raccolto.

"Incredibilmente, abbiamo scoperto che il DNA si accumula nelle interfacce liquido-aria. Se c'è uno strato di raffreddamento, il DNA cercherà di andare nella posizione più fresca, " ha detto Freedman. "Speriamo che lo stesso sia vero per un campione di sangue, quindi lo stesso meccanismo può essere utilizzato per concentrare il DNA vicino alla superficie. Non solo questo è vantaggioso, ma questa strategia di rilevamento dei nanopori ha dimostrato anche un rapporto segnale-rumore più elevato vicino alla superficie. È davvero una situazione vantaggiosa per tutti".

Con alcuni perfezionamenti, gli autori pensano che la loro tecnica puramente elettrica potrebbe aiutare a diagnosticare alcuni tipi di cancro da un singolo campione di sangue. Oltre al DNA, man mano che i tumori crescono, le vescicole vengono rilasciate nel flusso sanguigno. Queste mini goccioline a base di lipidi possono essere pensate come mini-cellule identiche alle cellule cancerose originali e potrebbero anche essere rilevate dal rilevamento dei nanopori.

Considerando tutte le caratteristiche uniche di questa tecnica puramente elettrica, il sistema di rilevamento dei nanopori ha il potenziale per essere utilizzato in futuro come valutazione di test diagnostici point-of-care.

Il documento è intitolato "Misurazione del DNA intrappolato nell'interfaccia liquido-aria per un migliore rilevamento di singole molecole".