Brug af gensakse til at opdage sygdomme

CRISPR/Cas-teknologi kan mere end at ændre gener. Et forskerhold ved universitetet i Freiburg bruger det, der er kendt som gensakse - som forskere kan bruge til at redigere genetisk materiale - for bedre at kunne diagnosticere sygdomme som kræft. I en undersøgelse, forskerne introducerer en mikrofluidisk chip, som genkender små fragmenter af RNA, angiver en bestemt type kræft hurtigere og mere præcist end de hidtil tilgængelige teknikker. Resultaterne er for nylig offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Avancerede materialer .

De testede også CRISPR-biosensoren på blodprøver taget fra fire børn, der var blevet diagnosticeret med hjernetumorer. "Vores elektrokemiske biosensor er fem til ti gange mere følsom end andre applikationer, der bruger CRISPR/Cas til RNA-analyse, " forklarer Freiburg mikrosystemingeniør Dr. Can Dincer. Han leder forskerholdet sammen med biolog prof. Dr. Wilfried Weber, fra universitetet i Freiburg. "Vi laver banebrydende arbejde i Tyskland og Europa for denne nye anvendelse af gensakse, " understreger Dincer.

Korte molekyler kendt som mikroRNA (miRNA) er kodet i genomet, men i modsætning til andre RNA-sekvenser, de bliver ikke oversat til proteiner. I nogle sygdomme, såsom kræft eller den neurodegenerative sygdom, Alzheimers, øgede niveauer af miRNA kan påvises i blodet. Læger bruger allerede miRNA'er som en biomarkør for visse typer kræft. Kun påvisningen af ​​et væld af sådanne signalmolekyler tillader en passende diagnose. Forskerne arbejder nu på en version af biosensoren, der genkender op til otte forskellige RNA-markører samtidigt.

CRISPR-biosensoren fungerer som følger:En dråbe serum blandes med reaktionsopløsning og dryppes på sensoren. Hvis det indeholder mål-RNA, dette molekyle binder sig til et proteinkompleks i opløsningen og aktiverer gensaksen - på en måde, der ligner en nøgle, der åbner en dørlås. Således aktiveret, CRISPR-proteinet afskærer, eller kløver, reporter-RNA'erne, der er knyttet til signalmolekyler, genererer en elektrisk strøm. Spaltningen resulterer i en reduktion af strømsignalerne, som kan måles elektrokemisk og indikerer, om det miRNA, der søges, er til stede i prøven.

"Det særlige ved vores system er, at det fungerer uden replikation af miRNA, fordi i så fald der kræves specialudstyr og kemikalier. Det gør vores system billigt og betydeligt hurtigere end andre teknikker eller metoder, " forklarer Dincer. Han arbejder på nye sensorteknologier på Freiburg Center for Interactive Materials and Bioinspired Technologies (FIT) og sammen med prof. Dr. Gerald Urban ved Institut for Mikrosystemteknik (IMTEK).

Weber, en professor i syntetisk biologi ved cluster of excellence CIBSS – Center for Integrative Biological Signaling Studies ved University of Freiburg – understreger, hvor vigtigt det tværfaglige miljø på CIBSS er for en sådan udvikling:"Biologerne i Freiburg arbejder sammen om disse teknologier med deres kolleger fra ingeniør- og materialevidenskaben. Det åbner for nye, spændende veje til løsninger."

Forskerne sigter mod at videreudvikle systemet om cirka fem til ti år til at blive den første hurtige test for sygdomme med etablerede mikroRNA-markører, som kan bruges lige hos lægen. "Laboratorieudstyret skal alligevel blive lettere at håndtere, siger Weber.