I ricercatori dell'UMass Amherst hanno ampliato di cento volte i confini dell'ingegneria biomedica con un nuovo metodo per il rilevamento del DNA con una sensibilità senza precedenti.
"Il rilevamento del DNA è al centro della bioingegneria", afferma Jinglei Ping, autore principale dell'articolo apparso su Proceedings of the National Academy of Sciences .
Ping è un professore assistente di ingegneria meccanica e industriale, professore assistente aggiunto di ingegneria biomedica e affiliato al Centro per il monitoraggio sanitario personalizzato dell'Istituto per le scienze della vita applicate. "Tutti vogliono rilevare il DNA a bassa concentrazione con un'elevata sensibilità. E abbiamo appena sviluppato questo metodo per migliorare la sensibilità di circa 100 volte senza alcun costo."
Con i metodi di rilevamento tradizionali, afferma, "la sfida è fondamentalmente trovare l'ago in un pagliaio". Ci sono molte molecole presenti in un campione che non sono il DNA target che possono interferire con il risultato.
È qui che questo metodo è diverso. Il campione in esame viene posto in un campo elettrico alternato. Poi, "Lasciamo che il DNA danzi", dice. "Quando i filamenti del DNA danzano, hanno una frequenza di oscillazione specifica." I ricercatori possono quindi leggere i campioni per vedere se c'è una molecola che si muove in un modo che corrisponde al movimento del DNA bersaglio e distinguerla facilmente da diversi modelli di movimento. Funziona anche quando la concentrazione del DNA bersaglio è molto bassa.
Questo nuovo metodo ha enormi implicazioni per accelerare il rilevamento delle malattie. Innanzitutto, poiché è così sensibile, le diagnosi possono avvenire nelle fasi iniziali della progressione della malattia, il che può avere un notevole impatto sui risultati sanitari.
Inoltre, questo metodo richiede pochi minuti, non giorni, settimane o mesi, perché è tutto elettrico. "Questo lo rende adatto al punto di cura", afferma. "Di solito, forniamo campioni a un laboratorio e loro possono fornire i risultati rapidamente o lentamente, a seconda della velocità con cui procedono, e possono essere necessarie 24 ore o più."
Ad esempio, cita come, dopo una diagnosi, un campione bioptico venga congelato e poi inviato a un laboratorio per l'elaborazione, che può richiedere fino a due mesi. I risultati quasi istantanei di questo nuovo metodo fanno sì che il trattamento non debba attendere i tempi di elaborazione del laboratorio.
Un altro vantaggio:è portatile. Ping descrive il dispositivo come di dimensioni simili a uno strumento per il test della glicemia, che apre le porte a miglioramenti della salute su scala globale. "Può essere utilizzato in luoghi in cui le risorse sono limitate. Sono andato in un paese e il medico di solito va in un villaggio una o due volte l'anno, e ora forse possono avere una base che abbia questo tipo di strumento e lo faranno avere la possibilità di testarlo in modo rapido e semplice."
Ping è entusiasta dell'ampiezza delle possibili applicazioni di questa scoperta, affermando:"L'approccio nano-meccanoelettrico può anche essere integrato con altre tecnologie di bioingegneria, come CRISPR, per chiarire le vie di segnalazione degli acidi nucleici, comprendere i meccanismi della malattia, identificare nuovi bersagli farmacologici e creare strategie di trattamento personalizzate, comprese terapie mirate ai microRNA."
Xiaoyu Zhang, un assistente di ricerca laureato di Ping Lab, terrà una presentazione orale pertinente a questo studio in occasione della riunione annuale della Biomedical Engineering Society il 13 ottobre 2023 a Seattle, WA.
Ulteriori informazioni: Xiaoyu Zhang et al, Approccio nanomeccanoelettrico al rilevamento del DNA senza etichetta altamente sensibile e specifico, Atti dell'Accademia nazionale delle scienze (2023). DOI:10.1073/pnas.2306130120
Informazioni sul giornale: Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze
Fornito dall'Università del Massachusetts Amherst
