Screening for sjældne, men vigtige sygdomsbiomarkører får et præcisionsboost

Forskere har skabt et system, der kan detektere og kvantificere små og sjældne biologiske molekyler, der er vigtige for at opdage sygdom tidligt.

Visse molekyler i biologiske væsker som blod og urin kan være indikatorer på sygdom, især hvis de bliver mere udbredte. Imidlertid, i de tidlige stadier af sygdommen er disse 'biomarkører' sjældne og kan være svære at opdage.

Imidlertid, de er svære at adskille fra baggrunden for så mange andre biologiske molekyler i væsker. Nu, forskere fra Kemisk Institut på Imperial har opfundet et system, der kan identificere og måle individuelle biomarkører i humant serum (væske fra blod) og urin.

Påvisning af vigtige biomarkører i lavere koncentrationer vil gøre det muligt for patienter at blive behandlet tidligere for sygdomme, herunder visse kræftformer og neurologiske lidelser, hvilket kan øge overlevelsesraten.

Deres system, udgivet denne måned i Naturkommunikation , mærker biomarkører af interesse og detekterer dem med en nanopore – et hul på få milliardtedele meter på tværs, der måler ændringen i elektrisk strøm, når et molekyle passerer igennem.

Overvinde falske positiver

Tidligere, teamet har brugt nanoporer til at opdage biomarkører såsom små DNA -tråde og enkeltproteiner. Imidlertid, de har stået over for problemer, når biomarkørerne er meget mindre end nanopore, hvilket betyder, at de stadig kan blive savnet af systemet.

Dette gælder især, når der er mange andre små molekyler, som ikke er nyttige at opdage, hvilket betyder, at 'støjen' opvejer 'signalet'.

For at overvinde dette, de skabte DNA-bærere – specielle DNA-strenge med snit designet til at detektere biomarkører af interesse. Når disse bærere finder en biomarkør, binder de sig til den, gør det lettere at opdage af nanoporen.

Imidlertid, DNA-bærerne ville nogle gange spontant 'knude', snoede sig selv, så det så ud til, at de var knyttet til en biomarkør. Dette kunne skabe "falske positive" - ​​påvisninger af biomarkører, der ikke rigtig var der.

Finder signalet i støjen

Nu, de har forbedret DNA -bærersystemet ved at parre det med fluorescensdetektion. Når DNA-bæreren binder til en biomarkør, frigiver den et lysudbrud, som fortæller systemet, at der er vedhæftet en biomarkør. Det passerer derefter gennem nanoporen, hvor biomarkøren aflæses ved hjælp af sit elektriske signal.

Medforfatter professor Joshua Edel sagde:"Vi demonstrerede et system, der kan skelne traditionelt vanskelige biomarkører såsom enkelte proteiner direkte i biologisk væske ved at kvantificere samtidig elektrisk og optisk detektion. Det er en enkel måde at detektere molekyler, der er meget mindre end størrelsen af nanopore uden tab af signal til støj."

"Hele projektet blev kun muliggjort af de unikke evner og entusiasme hos de unge teammedlemmer, herunder Shenglin Cai og Dr. Jasmine Sze, som alle har forskellig ekspertise og baggrund. "