Forskere udvikler metoder til at fremskynde opdagelse af infektionssygdomme, Kræft

Et hold af UCLA-forskere har fundet en måde at fremskynde og forenkle påvisningen af ​​proteiner i blod og plasma, hvilket åbner muligheden for at diagnosticere den tidlige tilstedeværelse af infektionssygdomme eller kræft under et lægebesøg. Den nye test tager omkring 10 minutter i modsætning til to til fire timer for de aktuelle avancerede tests.

Den nye tilgang overvandt adskillige nøgleudfordringer med at påvise proteiner, der er biomarkører for sygdom. Først, disse proteiner er ofte i lav overflod i kropsvæsker, og nøjagtig identifikation af dem kræver amplifikationsprocesser. Den nuværende tilgang bruger enzymer til at forstærke signalet fra proteiner. Imidlertid, enzymer kan nedbrydes, hvis de ikke opbevares ved korrekt temperatur. Også, for at undgå en falsk positiv, overskydende enzymer skal vaskes væk. Dette øger kompleksiteten og omkostningerne ved testen.

Studiet, som omfattede forskere fra Henry Samueli School of Engineering and Applied Science, California NanoSystems Institute, og David Geffen School of Medicine, blev offentliggjort online i tidsskriftet ACS Nano .

Forskerne inkluderede hovedforfatteren Donghyuk Kim, en UCLA post-doc forsker i bioteknik og Dino Di Carlo, professor i bioteknik. De samarbejdede med Aydogan Ozcan, Kanslerens professor i elektroteknik og bioteknik og Omai Garner, assisterende professor i patologi og medicin ved David Geffen School of Medicine ved UCLA.

UCLA-teamet udtænkte en tilgang til at forstærke et proteinsignal uden enzymer, dermed eliminerer behovet for et komplekst system til at vaske overskydende enzymer væk, og det ville kun virke i nærvær af målproteinet. Denne nye tilgang gjorde brug af en molekylær kædereaktion, der kun blev stærkt udløst i nærvær af et målprotein.

Den molekylære kædereaktion er drevet af en cyklus af DNA-bindingsbegivenheder. Processen begynder med en DNA-nøgle opdelt i to dele. Hvis målproteinet er til stede, de to dele binder sig sammen og danner et DNA-kompleks. Dannelsen af ​​DNA-komplekset genererer DNA-signalmolekyler, som igen genererer det samme DNA-kompleks, fører til flere signalmolekyler, således udbreder gentagne cyklusser.

"Ved at skære DNA-nøglen i to dele, vi fandt ud af, at hver del ikke kunne katalysere eller 'åbne' reaktionen separat, men kun når et protein fungerede som lim - i det væsentlige byggede delene sammen, blev DNA-nøglen funktionel igen, " sagde Kim, medlem af Di Carlos laboratorium.

UCLA-holdets resultater bygger på tidligere arbejde, der brugte denne enzymfri mekanisme til nukleinsyreamplifikation til at påvise DNA.

"I modsætning til tidligere tilgange til at opnå en amplificeret udlæsning af proteiner, såsom proximity ligation assay, denne tilgang kræver ikke flere enzymer, længere polymerisationsbaserede enzymatiske reaktioner, eller temperaturkontrol for at forstærke signalet, " sagde Di Carlo. "Faktisk fungerer det nye assay ved stuetemperatur og opnår resultater på omkring 10 minutter."

Holdet demonstrerede tilgangen med to målproteiner - streptavidin, udbredt som testprotein til nye diagnostiske analyser, og influenza nukleoprotein, som er et protein forbundet med influenzavirus.

På lang sigt sigter teamet mod at kombinere teknikken med bærbare læsere, der kan være særligt gavnlige i klinikker i ressourcesvage områder.

"Fordi teknikken kræver færre trin end andre analyser, det kan have en betydelig indvirkning på distribueret diagnostik og folkesundhedsrapportering, især i kombination med omkostningseffektiv bærbar og netværksforbundet læseteknologi, som vores laboratorium udvikler, " sagde Ozcan.

Holdet demonstrerede en synergistisk håndholdt mikropladelæser egnet til proteindiagnostiske assays baseret på en mobiltelefons optiske og beregningsmæssige systemer tidligere i år.

Garner, som også er associeret direktør for det kliniske mikrobiologiske laboratorium ved UCLA Health, understregede den brede anvendelse af teknikken. "Selvom det oprindeligt blev demonstreret ved påvisning af protein forbundet med influenza, vi forestiller os, at tilgangen kan generaliseres til en række proteinbiomarkører forbundet med infektionssygdomme og kræft, " sagde Garner. Han bemærkede, at den kunne konfigureres til at opdage sygdomme som Zika eller Ebola.

Forskerne understregede, at der kræves yderligere arbejde for at tilpasse analysen til komplekse kliniske prøver, der kan have andre forstyrrende forbindelser, og yderligere optimering af reagenserne til analysen kan forbedre ydeevnen.