Nanostruktureret integreret kredsløb registrerer type og sværhedsgrad af kræft

(PhysOrg.com) - Et team af efterforskere fra University of Toronto har brugt nanomaterialer til at udvikle en billig mikrochip, der er følsom nok til hurtigt at bestemme typen og sværhedsgraden af ​​en patients cancer, så sygdommen kan opdages tidligere for mere effektiv behandling. Deres arbejde, rapporteret i to artikler offentliggjort i tidsskrifterne ACS Nano og Natur nanoteknologi , kunne indvarsle en æra, hvor billig, men sofistikeret molekylær diagnostik vil blive almindelig.

Forskernes nye enhed kan let opdage de signaturbiomarkører, der indikerer tilstedeværelsen af ​​kræft på celleniveau, selvom disse biomolekyler - gener, der indikerer aggressive eller godartede former for sygdommen og differentierer undertyper af kræften - generelt kun er til stede i lave niveauer i biologiske prøver. Analysen kan gennemføres på 90 minutter, en væsentlig forbedring i forhold til de eksisterende diagnostiske procedurer, der normalt tager dage.

"I dag, det kræver et rum fyldt med computere at evaluere en klinisk relevant prøve af cancerbiomarkører, og resultaterne er ikke hurtigt tilgængelige, " sagde teamets medleder Shana Kelley. "Vores team var i stand til at måle biomolekyler på en elektronisk chip på størrelse med din fingerspids og analysere prøven inden for en halv time. Den nødvendige instrumentering til denne analyse kan være indeholdt i en enhed på størrelse med en BlackBerry. "

Nanoelektrodeenheden, som Kelley, samarbejdspartner Edward Sargent, og deres oprettede elever er i stand til at detektere sygdomsrelaterede gener uden brug af PCR til at amplificere lav-niveau DNA. Elektroderne, som er enhedens nøglekomponent, har en ny meget forgrenet nanostruktureret form, der kan detektere atomolære koncentrationer af DNA. Ved hjælp af arrays af elektroder, hver adskiller sig i graden af ​​nanostruktureret forgrening, efterforskerne var i stand til at konstruere en enhed, der var i stand til at registrere DNA-molekyler over seks størrelsesordener, overvinde problemet med dynamisk rækkevidde - evnen til at detektere både almindelige og sjældne molekyler - der har plaget andre enheder.

Efterforskerne fremstillede disse enheder ved hjælp af en standard mikrochipproduktionsproces kendt som fotolitografi for at skabe det grundlæggende elektrodegitter, der er nødvendigt for at måle flere biomarkører samtidigt, og brugte derefter en anden teknik kendt som elektroaflejring til at dyrke de forgrenede nanostrukturer på elektroderne, styring af størrelsen af ​​hver elektrode ved at variere den tid, over hvilken elektroaflejring fandt sted. Med elektroderne på plads, efterforskerne belagte dem derefter med forskellige DNA-bindende molekyler kendt som peptid-nukleinsyrer, eller PNA'er, der kan designes til at binde til en specifik gensekvens. Når et stykke DNA binder til dets komplementære DNA eller RNA-molekyle, det udløser en kemisk reaktion, der ændrer det elektriske signal, der genereres af den tilhørende elektrode.

Ved at bruge deres enhed, efterforskerne analyserede messenger -RNA -prøver fra prostatakræftbiopsier. Deres analyse viste, at enheden kan detektere genfusioner, der er karakteristiske for prostatacancer. Vigtigere, enheden var i stand til at skelne mellem genfusioner forbundet med enten hurtigt- eller langsomt voksende former for prostatacancer.

Papiret, der beskriver konstruktionen af ​​denne nanobiosensor, hedder, "Programmering af detektionsgrænserne for biosensorer gennem kontrolleret nanostrukturering." Et sammendrag af denne artikel er tilgængelig på tidsskriftets hjemmeside.

Papiret, der beskriver brugen af ​​nanobiosensoren til at opdage og karakterisere kræftformer, hedder:"Direkte profilering af kræftbiomarkører i tumorvæv ved hjælp af et multiplekset nanostruktureret mikroelektrode-integreret kredsløb." Et sammendrag af denne artikel er tilgængelig på tidsskriftets hjemmeside.

Leveret af National Cancer Institute (nyheder:web)