CRONT:Styrkende optisk pincet med biometriske øjne

Optotermiske nanoweezer, en innovativ optisk manipulationsteknik i løbet af det sidste årti, har revolutioneret klassisk optisk manipulation ved effektivt at fange et bredere spektrum af nanopartikler. Selvom denne teknik primært er blevet brugt til in-situ manipulation af nanopartikler, forbliver dens potentiale til at identificere bio-nanopartikler stort set uudforsket.

Heri, baseret på de synergistiske virkninger af optotermisk manipulation og CRIPSR-baseret biodetektion, udviklede forfattere CRISPR-drevne optotermiske nanoweezere (CRONT). Specifikt, ved at udnytte diffusioforese og termo-osmotiske strømme nær substratet ved optotermisk excitation, fangede og berigede forfattere bio-nanopartikler med succes, herunder guldnanopartikler, CRISPR-associerede proteiner samt DNA-molekyler.

I en nylig udgivelse offentliggjort i Light:Science &Applications , et team af videnskabsmænd ledet af professor Jiajie Chen, Zhi Chen, Zhang Han, Yonghong Shao fra Shenzhen University, sammen med deres samarbejdspartnere, har professor Ho-Pui Ho fra The Chinese University of Hong Kong udtænkt en optotermisk tilgang til at forbedre CRISPR-baseret enkelt-nukleotid polymorfi (SNP) påvisning for at opnå enkelt molekyle niveau.

Desuden har de introduceret en ny CRISPR-metode til at observere nukleotidspaltning. Desuden har denne innovative tilgang udstyret optiske pincet med DNA-identifikationsevne i vandig opløsning, som var uopnåelig før. På grund af dens bemærkelsesværdige specificitet og gennemførlighed for in-situ manipulation og identifikation af bio-nanopartikler, er den klar til at blive et universelt værktøj inden for point-of-care diagnose, biofotonik og bio-nanoteknologi.

CRONT kan udsøgt indstilles til at manipulere bio-nanopartikler og opfylde arbejdsbetingelserne for CRISPR-baseret mål bio-nanopartikel identifikation. Specifikt, ved at inkorporere optotermisk-induceret diffusioforetisk kraft, har forfattere med succes manipuleret bio-nanopartikler, herunder ssDNA, dsDNA, BSA, Cas12a-protein og DNA-funktionaliserede guld-nanopartikler.

Ved at inkorporere en CRISPR-baseret DNA-biosensing-tilgang, hvor spaltningen af ​​et enkelt indfanget DNA@Gold-nanopartikel-konjugat afhøres, forvandlede forfatterne denne optotermiske pincet til en molekylær sonde for in-situ DNA-molekylerne (SARS-CoV-2 eller Monkeypox) identifikation uden nukleinsyreamplifikation og opnåede detektionsgrænser på 25 aM for ssDNA og 250 aM for dsDNA.

Bemærkelsesværdigt har de vist, at disse nanotweezere tilbyder identifikation af enkeltnukleotidpolymorfismer (SNP'er) ved ultralavere detektionsvolumener (10 μL), som spiller en afgørende rolle i genetisk diversitet og er forbundet med forskellige fænotypiske træk, herunder sygdomsmodtagelighed og lægemiddelrespons. Derfor er denne innovation inden for SNP-detektionsteknikker afgørende for at imødekomme de forskellige krav fra genomisk forskning og medicinske anvendelser i fremtiden.

Disse forfattere opsummerede CRONT's arbejde og udsigter som følger:

"CRONT har muliggjort den øjeblikkelige implementering af CRISPR-baseret biosensing inden for ultra-lav detektionsvolumen. Optiske pincet er nu udstyret med DNA-identifikationsevne gennem det CRISPR-baserede biosensing-system. CRONT's lokaliserede opvarmningsegenskaber har ikke kun givet mulighed for biomolekyler berigelse, men også et nødvendigt termisk miljø for spaltningen af ​​CRISPR-komplekset."

"Yderligere udvikling af dette optotermiske-baserede CRISPR bio-detektionsskema kan involvere brugen af ​​en række laseropvarmningspunkter til parallel high-throughput detektion, hvilket gør teknikken mere velegnet til kvantitativ detektion og væsentligt reducerer detektionstiden. CRONT kan også være ansat til at guide CRIPSR/Cas-komplekset til mål-DNA'et og initiere genredigeringsprocessen. Det giver også forskerne mulighed for at overvåge genredigeringsprocessen i realtid på enkeltmolekyleniveau," tilføjede de.

"Vi forventer, at sådanne ikke-kontakt nanoprober vil bidrage til en dybere forståelse af forskellige komplekse biologiske processer, højlysende optiske, termiske, biologiske ligheder på enkeltpartikelniveau."

Flere oplysninger: Jiajie Chen et al., CRISPR-drevne optotermiske nanotweezere:Diverse bio-nanopartikelmanipulation og enkeltnukleotididentifikation, Light:Science &Applications (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01326-9

Leveret af Chinese Academy of Sciences