Ny metode kombinerer DNA-nanokugler og elektronik for at muliggøre simpel patogendetektion

Forskere ved Karolinska Institutet har udviklet en ny metode, der bruger DNA-nanokugler til at påvise patogener, med det formål at forenkle nukleinsyretestning og revolutionere patogendetektion. Undersøgelsens resultater, offentliggjort i Science Advances , kunne bane vejen for en ligetil elektronisk-baseret test, der er i stand til hurtigt og billigt at identificere forskellige nukleinsyrer i forskellige scenarier.

Principal investigator Vicent Pelechano, lektor ved Karolinska Institutets afdeling for mikrobiologi, tumor- og cellebiologi, er forsigtigt optimistisk med hensyn til teknologiens potentiale til at opdage en række sygdomsfremkaldende agenser i den virkelige verden.

"Metodologien involverer at kombinere molekylær biologi (generering af DNA nanobold) og elektronik (elektrisk impedans-baseret kvantificering) for at give et banebrydende detektionsværktøj," siger Vicent Pelechano.

Forskerne modificerede en isotermisk DNA-amplifikationsreaktion kaldet LAMP for at generere små 1-2μM DNA-nanokugler, hvis patogenet var til stede i prøven. Disse nanokugler ledes derefter gennem små kanaler og identificeres elektrisk, når de bevæger sig mellem to elektroder. Metoden har vist en bemærkelsesværdig følsomhed ved at detektere så få som 10 målmolekyler og hurtige resultater under en time ved hjælp af et kompakt, ubevægeligt system.

"Hurtig og præcis påvisning af genetisk materiale er nøglen til diagnosticering, især som reaktion på fremkomsten af ​​nye patogener," siger Vicent Pelechano.

Under den nylige COVID-19-pandemi så forskerne en omfattende brug af proteinbaseret diagnostik til hurtig test. Disse metoder kræver dog tidskrævende udvikling af antistoffer af høj kvalitet. I modsætning hertil tilbyder nukleinsyrebaserede tilgange større lethed ved udvikling, øget følsomhed og iboende fleksibilitet, ifølge forskerne.

Denne nye metode, der tilbyder etiketfri detektion, kunne fremskynde udrulningen af ​​nye diagnostiske kits. Ved at integrere prisbillig masseproduceret elektronik med lyofiliserede reagenser besidder teknologien potentialet til at give en billig, bredt udbredt og skalerbar point-of-care-enhed.

Holdet påbegyndte dette arbejde som en forlængelse af deres tidligere bestræbelser inden for LAMP (Loop-Mediated Isothermal Amplification) baseret påvisning af SARS-CoV-2 under pandemien.

I øjeblikket undersøger forskerholdet aktivt muligheder for at integrere denne teknologi i domæner som miljøovervågning, fødevaresikkerhed, virus- og antimikrobiel resistensdetektion. Holdet undersøger også muligheder for at licensere eller potentielt etablere en startup for at udnytte denne teknologi, efter at de for nylig har ansøgt om et patent på teknologien.

Flere oplysninger: Muhammad Tayyab et al., Digital assay til hurtig elektronisk kvantificering af kliniske patogener ved hjælp af DNA-nanobolde, Science Advances (2023). DOI:10.1126/sciadv.adi4997

Journaloplysninger: Videnskabelige fremskridt

Leveret af Karolinska Institutet