Nano-mekanoelektrisk tilgang øger DNA-detektionsfølsomheden med 100 gange

UMass Amherst-forskere har rykket grænserne for biomedicinsk teknik hundrede gange frem med en ny metode til DNA-detektion med hidtil uset følsomhed.

"DNA-detektering er i centrum af bioteknologi," siger Jinglei Ping, hovedforfatter af papiret, der udkom i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Ping er adjunkt i maskin- og industriteknik, adjungeret adjunkt i biomedicinsk teknik og tilknyttet Center for Personalized Health Monitoring ved Institute for Applied Life Sciences. "Alle ønsker at detektere DNA'et i en lav koncentration med en høj følsomhed. Og vi har netop udviklet denne metode for at forbedre følsomheden omkring 100 gange uden omkostninger."

Med traditionelle detektionsmetoder siger han:"Udfordringen er dybest set at finde nålen i en høstak." Der er masser af molekyler til stede i en prøve, som ikke er mål-DNA'et, der kan interferere med resultatet.

Det er her, denne metode er anderledes. Testprøven placeres i et vekslende elektrisk felt. Så lader vi DNA'et danse, siger han. "Når DNA-strengene danser, har de en specifik oscillationsfrekvens." Forskere kan derefter læse prøver for at se, om der er et molekyle, der bevæger sig på en måde, der matcher bevægelsen af ​​mål-DNA'et og let skelne det fra forskellige bevægelsesmønstre. Dette virker endda, når der er en meget lav koncentration af mål-DNA'et.

Denne nye metode har enorme konsekvenser for at fremskynde sygdomsdetektion. For det første, fordi det er så følsomt, kan diagnoser ske på tidligere stadier af en sygdomsprogression, hvilket i høj grad kan påvirke sundhedsresultaterne.

Denne metode tager også minutter, ikke dage, uger eller måneder, fordi det hele er elektrisk. "Dette gør den velegnet til behandlingssted," siger han. "Normalt leverer vi prøver til et laboratorium, og de kan levere resultaterne hurtigt eller langsomt, afhængigt af hvor hurtigt de går, og det kan tage 24 timer eller længere."

For eksempel citerer han, hvordan en biopsiprøve med en diagnose fryses og derefter sendes til et laboratorium til behandling, hvilket kan tage op til to måneder. De næsten øjeblikkelige resultater med denne nye metode betyder, at behandlingen ikke behøver at vente på laboratoriebehandlingstider.

En anden fordel:den er bærbar. Ping beskriver enheden til at have samme størrelse som et blodsukkertestværktøj, som åbner dørene til forbedringer i sundhed på globalt plan. "Det kan bruges steder, hvor ressourcerne er begrænsede. Jeg tog til et land, og lægen tager normalt til en landsby en eller to gange om året, og nu kan de måske have en base, der har den slags værktøj, og de vil har chancen for at teste for det hurtigt og nemt."

Ping er begejstret over bredden af ​​mulige anvendelser for denne opdagelse og siger:"Den nano-mekanoelektriske tilgang kan også integreres med andre bioingeniørteknologier, såsom CRISPR, for at belyse nukleinsyresignalveje, forstå sygdomsmekanismer, identificere nye lægemiddelmål og skabe personlige behandlingsstrategier, herunder mikroRNA-målrettede terapier."

Xiaoyu Zhang, en uddannet forskningsassistent fra Ping Lab, vil levere en mundtlig præsentation, der er relevant for denne undersøgelse, på Biomedical Engineering Societys årsmøde den 13. oktober 2023 i Seattle, WA.

Flere oplysninger: Xiaoyu Zhang et al., Nanomechanoelektrisk tilgang til meget følsom og specifik etiketfri DNA-detektion, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI:10.1073/pnas.2306130120

Journaloplysninger: Proceedings of the National Academy of Sciences

Leveret af University of Massachusetts Amherst