Le nanopinzette optotermiche, una tecnica innovativa di manipolazione ottica negli ultimi dieci anni, hanno rivoluzionato la manipolazione ottica classica catturando in modo efficiente uno spettro più ampio di nanoparticelle. Sebbene questa tecnica sia stata utilizzata principalmente per la manipolazione in situ di nanoparticelle, il suo potenziale per l'identificazione di bio-nanoparticelle rimane in gran parte inesplorato.
Qui, sulla base degli effetti sinergici della manipolazione optotermica e del biorilevamento basato su CRIPSR, gli autori hanno sviluppato nanopinzette optotermiche alimentate da CRISPR (CRONT). Nello specifico, sfruttando la diffusioforesi e i flussi termoosmotici vicino al substrato in seguito all'eccitazione optotermica, gli autori sono riusciti a intrappolare e arricchire bio-nanoparticelle, comprese nanoparticelle d'oro, proteine associate a CRISPR e molecole di DNA.
In una recente pubblicazione pubblicata su Light:Science &Applications , un team di scienziati guidato dal professor Jiajie Chen, Zhi Chen, Zhang Han, Yonghong Shao dell'Università di Shenzhen, insieme ai loro collaboratori, il professor Ho-Pui Ho dell'Università cinese di Hong Kong, hanno ideato un approccio optotermico per migliorare la tecnologia CRISPR Rilevamento del polimorfismo a singolo nucleotide (SNP) per raggiungere il livello di singola molecola.
Inoltre, hanno introdotto una nuova metodologia CRISPR per osservare la scissione dei nucleotidi. Inoltre, questo approccio innovativo ha dotato le pinzette ottiche della capacità di identificazione del DNA in soluzione acquosa, cosa che prima era irraggiungibile. Data la sua notevole specificità e fattibilità per la manipolazione e l'identificazione in situ di bionanoparticelle, è destinato a diventare uno strumento universale nella diagnosi presso il punto di cura, nella biofotonica e nella bionanotecnologia.
Il CRONT può essere ottimizzato per manipolare le bio-nanoparticelle e soddisfare le condizioni di lavoro dell'identificazione di bio-nanoparticelle target basata su CRISPR. Nello specifico, incorporando la forza diffusioforetica indotta dall'optotermia, gli autori hanno manipolato con successo bio-nanoparticelle, tra cui ssDNA, dsDNA, BSA, proteina Cas12a e nanoparticelle d'oro funzionalizzate con DNA.
Incorporando un approccio di biosensing del DNA basato su CRISPR, in cui viene interrogata la scissione di un singolo coniugato DNA@nanoparticella d'oro intrappolato, gli autori hanno trasformato questa pinzetta optotermica in una sonda molecolare per le molecole di DNA in situ (SARS-CoV-2 o identificazione del vaiolo delle scimmie) senza amplificazione dell'acido nucleico e limiti di rilevamento raggiunti di 25 aM per ssDNA e 250 aM per dsDNA.
Sorprendentemente, hanno dimostrato che queste nanopinzette offrono l’identificazione di polimorfismi a singolo nucleotide (SNP) a volumi di rilevamento ultra-bassi (10 μL), che svolgono un ruolo cruciale nella diversità genetica e sono associati a vari tratti fenotipici, tra cui la suscettibilità alle malattie e la risposta ai farmaci. Pertanto, questa innovazione nelle tecniche di rilevamento degli SNP è essenziale per soddisfare le diverse esigenze della ricerca genomica e delle applicazioni mediche future.
Questi autori hanno riassunto il lavoro e le prospettive del CRONT come segue:
"CRONT ha consentito l'implementazione immediata del biosensing basato su CRISPR con un volume di rilevamento estremamente basso. Le pinzette ottiche sono ora dotate di capacità di identificazione del DNA attraverso il sistema di biosensing basato su CRISPR. Le proprietà di riscaldamento localizzato di CRONT hanno fornito non solo una strada per la biomolecola arricchimento ma anche un ambiente termico necessario per la scissione del complesso CRISPR."
"L'ulteriore sviluppo di questo schema di biorilevamento CRISPR basato su optotermico può comportare l'utilizzo di una serie di punti riscaldanti laser per il rilevamento parallelo ad alto rendimento, il che rende la tecnica più adatta per il rilevamento quantitativo e riduce significativamente i tempi di rilevamento. CRONT può anche essere impiegato per guidare il complesso CRIPSR/Cas verso il DNA bersaglio e avviare il processo di editing genetico. Inoltre, consente ai ricercatori di monitorare il processo di editing genetico in tempo reale a livello di singola molecola," hanno aggiunto.
"Prevediamo che tali nanosonde senza contatto contribuiranno a una comprensione più profonda di vari processi biologici complessi, somiglianze ottiche, termiche e biologiche ad alta illuminazione a livello di singola particella."
Ulteriori informazioni: Jiajie Chen et al, nanopinzette optotermiche basate su CRISPR:manipolazione di bio-nanoparticelle diverse e identificazione di singoli nucleotidi, Luce:scienza e applicazioni (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01326-9
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
