Ved at opdage genetisk materiale, hurtig sensor har potentiel anvendelse som et klinisk værktøj

På mindre end et sekund, en lille sensor, der bruges i hjernekemiforskning, kan detektere nøglemolekylerne, der giver de genetiske instruktioner for livet, RNA og DNA, viser en ny undersøgelse fra American University.

AU -forskerne mener, at sensoren er et nyttigt værktøj for forskere, der beskæftiger sig med klinisk forskning, til at måle DNA -metabolisme, og at sensoren kunne være en hurtig måde for laboratorieklinikere at skelne 'sunde' fra 'syge' prøver og afgøre, om et patogen er svampe, bakteriel, eller viral, inden der foretages yderligere analyse.

For at undersøge, om sensorerne kunne registrere RNA og DNA, Alexander Zestos, adjunkt i kemi, gik sammen med John Bracht, lektor i biologi, at teste en ny metode til påvisning af RNA og DNA. Begge professorer er en del af AU's Center for Neurovidenskab og Adfærd, som samler forskere fra forskellige områder for at undersøge hjernen og dens rolle i adfærd.

Ny elektrode måler RNA og DNA

Sensorerne, også kendt som kulfibermikroelektroder, tillade forskere som Zestos at foretage præcis måling af kemikalier i hjernen. Forskere kan lære mere om hjernens komplekse kredsløb af neurale veje og neurotransmittere, kemikalier i hjernen, der sender beskeder langs en given vej.

Zestos og Bracht brugte en typisk kulfibermikroelektrode med hurtig scanning cyklisk voltammetri, den samme slags sensor, der bruges til at detektere dopamin i hjernen. Zestos 'arbejde involverer ofte brug af sensorer til at detektere og måle dopamin i hjernen, fordi neurotransmitteren figurerer i en lang række aktiviteter i nervesystemet, fra kropslige bevægelser til følelsesmæssige reaktioner.

Forskerne modificerede sensoren med en specialiseret elektrode. De var ikke sikre på, at det ville fungere, og blev overrasket, da elektroden, eller bølgeform, påviste de oxidative toppe af adenosin og guanosin, to af byggestenene i DNA. Registreringstiden er hurtig, sker på mindre end et sekund. Forskningsmetoder blev verificeret ved hjælp af både animalsk og syntetisk RNA og DNA.

Et forskningsværktøj og prædiagnostik

På kort sigt, Bracht og Zestos forestiller sig værktøjet som nyttigt i klinisk forskning. Forskere, der bruger værktøjet, kan få nyttig information om nukleinsyrer og måle de relative forhold mellem adenosin, guanosin og cytidin, en anden DNA -nukleobase. Omtrent på størrelse med en hårstreng, sensoren er lille nok til at implantere i celler, væv, eller i levende organismer. Sensoren kan detektere DNA eller RNA i enhver væskeprøve, herunder flydende dråber, spyt, blod eller urin.

Sensoren kan også bruges som en prædiagnose. Sygdommens begyndelse eller svampeinfektion kan forårsage en hurtig stigning i nukleinsyrer, som sensoren kan måle, og muligvis forudsige hurtige infektioner, sagde forskerne. Det kan tage op til en dag eller mere for resultater fra test for coronavirus, for eksempel.

"Elektrokemiske sensorer kan bruges til at evaluere prøver forud for sekvensbaserede metoder, "Sagde Bracht." Vi kan forestille os flere tilfælde, hvor det klinisk er nyttigt at hurtigt måle DNA eller RNA i en prøve, før yderligere sekventering. For eksempel, det kan bruges, når der er mange prøver til hurtigt at kontrollere, før der foretages mere omfattende test. "

En strømbegrænsning er, at sensoren skal registrere mere end blot DNA- og RNA -strengene. For at opdage en bestemt virus eller til genetisk testning, sensoren skal registrere gensekvensen for et virus. Et næste trin i forskningen vil være at ændre sensoren yderligere for at se, om sensoren kan detektere en virus. Sensoren har potentielt en række forskellige applikationer, som yderligere forskning vil være nødvendig for, herunder inden for retsmedicinsk videnskab og andre områder, hvor sensorer spiller en fremtrædende rolle.

"Vi har også tænkt over, om vi kan måle DNA -metabolisme inde i levende hjerner og celler, "Bracht sagde." Vi kunne muligvis bruge en elektrode til at måle neurotransmittere som dopamin og også måle DNA og RNA og deres byggesten i realtid i en hjerne. "

Den nye forskning er offentliggjort i kemitidsskriftet ACS Omega .