For at forbedre sundhedsovervågningen, udløs blot nanoswitchen

Konstruerede DNA-strenge - værktøjer i nanoskala kaldet "nanoswitches" - kunne være nøglen til hurtigere, lettere, billigere og mere følsomme tests, der kan muliggøre high-fidelity detektion af biomarkører, der indikerer tilstedeværelsen af ​​forskellige sygdomme, virale stammer og endda genetiske variationer så subtile som en enkelt-gen mutation.

"En kritisk anvendelse i både grundforskning og klinisk praksis er påvisningen af ​​biomarkører i vores kroppe, som formidler vital information om vores nuværende helbred, " siger Wesley Wong, PhD. "Imidlertid, nuværende metoder har tendens til at være enten billige og nemme eller meget følsomme, men generelt ikke begge dele."

Det er grunden til, at Wong og hans team har tilpasset deres DNA-nanoswitch-teknologi – tidligere demonstreret for at hjælpe med opdagelse af lægemidler og målingen af ​​biokemiske interaktioner – til en ny platform, som de kalder det nanoswitch-linked immunosorbent assay (NLISA) til hurtig, følsom og specifik proteinpåvisning, som de rapporterede i denne uge i en ny avis i Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Det er en 'det bedste fra begge verdener'-tilgang, " siger Wong, senior forfatter på papiret, som er hovedefterforsker i Boston Children's Hospital Program in Cellular and Molecular Medicine, en assisterende professor ved Harvard Medical School og et associeret fakultetsmedlem ved Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ved Harvard University. "Denne teknologi kan udmønte sig i laboratorie- og point-of-care tests, der er lige så overkommelige og nemme at bruge som graviditetstests derhjemme, men er meget mere følsomme og nøjagtige."

NLISA-platformen bruger et proceskald gelelektroforese til at screene syntetiseret, enkeltstrenge af DNA "reagenser", der ændrer deres form i nærvær af en specifik biomarkør. De begynder så længe, lineære DNA-strenge, men er dekoreret med proteiner, der binder til en matchende proteinbiomarkør af interesse. Når først de er blevet udsat for den matchende biomarkør, proteinerne binder sig til det og får DNA-strengen til at bøje sig ind i en løkke.

I kombination med gelelektroforese, at formændringen gør det ekstremt nemt at opdage, om biomarkøren af ​​interesse er til stede eller ej. Ved gelelektroforese, et elektrisk felt trækker molekyler gennem en porøs gel. Lineære DNA nanoswitches bevæger sig meget hurtigere gennem porerne i gelen, mens udløste nanoswitch-løkker bevæger sig meget langsommere på grund af deres klodsede form.

"Kort fortalt, afstandene, som nanoswitchene rejser gennem gelen, indikerer, om der er en biomarkør til stede eller ej?, " siger førsteforfatter Clinton Hansen, PhD, en postdoc i Wong-laboratoriet.

'Kør gelen'

Tage, for eksempel, prostata-specifikt antigen (PSA), som er en blodserummarkør, der bruges til at teste mænd for prostatakræft. For at demonstrere deres NLISA-system, Wong og hans team tilsatte blodserumprøver med forskellige niveauer af PSA. Derefter, at kombinere nanoswitch-reagenserne til PSA med serumprøverne, de udførte gelelektroforese på blandingen. Holdet var i stand til at detektere tilstedeværelsen af ​​PSA med højere følsomhed i mindre volumen end med sammenlignelige analyser.

Ud over, under endnu en proof-of-concept demonstration, Wongs team viste, at deres NLISA-platform kunne skelne mellem meget lignende virale stammer af denguefeber på 45 minutter eller mindre.

"Ved at køre en gel, vi forstyrrer nanoswitchene med et elektrisk felt for at reducere falske positive resultater ved hjælp af en proces kaldet 'kinetisk korrekturlæsning, '" Wong forklarer. "Selvom lignende proteiner - såsom beslægtede virale stammer - i første omgang kan 'trippe' nanoswitchene ind i sløjfer, disse tætte, men ikke-helt perfekte bånd kan brydes, efterlader kun sande positive resultater. Dette giver os mulighed for at skelne mellem virale stammer, der endda kan være forskellige ved blot en enkelt genmutation."

NLISA-systemet har potentiale til at blive en standard for proteindetektion, Wong foreslår, og kunne endda udvikles til en bærbar, håndholdt enhed til klinisk brug.