På mindre än en sekund, en liten sensor som används i hjärnkemiforskning kan upptäcka nyckelmolekylerna som ger de genetiska instruktionerna för livet, RNA och DNA, visar en ny studie från American University.

AU -forskarna tror att sensorn är ett användbart verktyg för forskare som bedriver klinisk forskning för att mäta DNA -metabolism, och att sensorn kan vara ett snabbt sätt för laboratorieläkare att skilja "friska" från "sjuka" prover och avgöra om en patogen är svamp, bakteriell, eller viral, innan ytterligare analys görs.

För att undersöka om sensorerna kunde detektera RNA och DNA, Alexander Zestos, biträdande professor i kemi, samarbetade med John Bracht, docent i biologi, att testa en ny metod för detektion av RNA och DNA. Båda professorerna är en del av AU:s centrum för neurovetenskap och beteende, som samlar forskare från olika områden för att undersöka hjärnan och dess roll i beteende.

Ny elektrod mäter RNA och DNA

Sensorerna, även känd som kolfibermikroelektroder, tillåta forskare som Zestos att utföra exakta mätningar av kemikalier i hjärnan. Forskare kan lära sig mer om hjärnans komplexa kretsar av neurala vägar och signalsubstanser, kemikalier i hjärnan som skickar meddelanden längs en given väg.

Zestos och Bracht använde en typisk kolfibermikroelektrod med snabb skanning cyklisk voltammetri, samma typ av sensor som används för att upptäcka dopamin i hjärnan. Zestos arbete går ofta ut på att använda sensorer för att upptäcka och mäta dopamin i hjärnan, eftersom signalsubstansen har ett brett spektrum av aktivitet i nervsystemet, från kroppsliga rörelser till känslomässiga svar.

Forskarna modifierade sensorn med en specialiserad elektrod. De var inte säkra på att det skulle fungera, och blev förvånade när elektroden, eller vågform, upptäckte de oxidativa topparna av adenosin och guanosin, två av byggstenarna i DNA. Detekteringstiden är snabb, inträffar på mindre än en sekund. Forskningsmetoder verifierades med användning av både animaliskt och syntetiskt RNA och DNA.

Ett forskningsverktyg och fördiagnostik

På kort sikt, Bracht och Zestos föreställer sig verktyget som användbart i klinisk forskning. Forskare som använder verktyget kan få nyttig information om nukleinsyror och mäta de relativa förhållandena för adenosin, guanosin och cytidin, ett annat DNA -nukleobas. Ungefär lika stor som ett hårstrå, sensorn är tillräckligt liten för att implantera i celler, vävnad, eller i levande organismer. Sensorn kan detektera DNA eller RNA i alla vätskeprover, inklusive flytande droppar, saliv, blod eller urin.

Sensorn kan också användas som en fördiagnostik. Uppkomsten av sjukdom eller svampinfektion kan orsaka en snabb ökning av nukleinsyror, som sensorn kan mäta, och möjligen förutsäga snabba infektioner, sa forskarna. Det kan ta upp till en dag eller mer för resultat från tester för coronavirus, till exempel.

"Elektrokemiska sensorer kan användas för att utvärdera prover före sekvensbaserade metoder, "Sa Bracht." Vi kan tänka oss flera fall där det kliniskt är användbart att snabbt mäta DNA eller RNA i ett prov innan ytterligare sekvensering. Till exempel, den kan användas när det finns många prover för att snabbt kontrollera innan du utför mer omfattande tester. "

En strömbegränsning är att sensorn behöver upptäcka mer än bara DNA- och RNA -strängar. För att upptäcka ett specifikt virus eller för genetisk testning, sensorn kommer att behöva detektera gensekvensen för ett virus. Ett nästa steg i forskningen blir att modifiera sensorn ytterligare för att se om sensorn kan upptäcka ett virus. Sensorn har potentiellt en mängd olika applikationer för vilka ytterligare forskning kommer att behövas, bland annat inom kriminalteknik och andra områden där sensorer spelar en framträdande roll.

"Vi har också funderat på om vi kan mäta DNA -metabolism inuti levande hjärnor och celler, "Bracht sa." Vi kan möjligen använda en elektrod för att mäta signalsubstanser som dopamin och även mäta DNA och RNA och deras byggstenar i realtid i en hjärna. "

Den nya forskningen publiceras i kemitidskriften ACS Omega .