Ett team av UCLA-forskare har hittat ett sätt att påskynda och förenkla upptäckten av proteiner i blod och plasma och öppnar upp möjligheten att diagnostisera tidig förekomst av infektionssjukdomar eller cancer under ett besök på läkarmottagningen. Det nya testet tar cirka 10 minuter i motsats till två till fyra timmar för nuvarande toppmoderna tester.

Det nya tillvägagångssättet övervann flera viktiga utmaningar för att upptäcka proteiner som är biomarkörer för sjukdomar. Först, dessa proteiner finns ofta i låg förekomst i kroppsvätskor och att exakt identifiera dem kräver amplifieringsprocesser. Den nuvarande metoden använder enzymer för att förstärka signalen från proteiner. Dock, enzymer kan brytas ned om de inte lagras vid rätt temperatur. Också, för att undvika ett falskt positivt, överskott av enzymer måste tvättas bort. Detta ökar komplexiteten och kostnaden för testet.

Studien, som inkluderade forskare från Henry Samueli School of Engineering and Applied Science, California NanoSystems Institute, och David Geffen School of Medicine, publicerades online i tidskriften ACS Nano .

Forskarna inkluderade huvudförfattaren Donghyuk Kim, en UCLA postdoktoral forskare i bioteknik och Dino Di Carlo, professor i bioteknik. De samarbetade med Aydogan Ozcan, Kanslerns professor i elektroteknik och bioteknik och Omai Garner, biträdande professor i patologi och medicin vid David Geffen School of Medicine vid UCLA.

UCLA-teamet utarbetade ett tillvägagångssätt för att förstärka en proteinsignal utan några enzymer, vilket eliminerar behovet av ett komplext system för att tvätta bort överflödiga enzymer, och det skulle bara fungera i närvaro av målproteinet. Detta nya tillvägagångssätt använde sig av en molekylär kedjereaktion som var starkt utlöst endast i närvaro av ett målprotein.

Den molekylära kedjereaktionen drivs av en cykel av DNA-bindningshändelser. Processen börjar med en DNA -nyckel uppdelad i två delar. Om målproteinet är närvarande, de två delarna binder samman för att bilda ett DNA-komplex. Bildandet av DNA-komplexet genererar DNA-signalmolekyler, som i sin tur genererar samma DNA-komplex, leder till fler signalmolekyler, sålunda sprider sig upprepade cykler.

"Genom att dela DNA -nyckeln i två delar, vi fann att varje del inte kunde katalysera eller "öppna" reaktionen separat, men bara när ett protein fungerade som lim – i huvudsak överbryggar delarna tillsammans, blev DNA -nyckeln funktionell igen, sa Kim, en medlem av Di Carlos laboratorium.

UCLA-teamets resultat bygger på tidigare arbete som använde denna enzymfria mekanism för nukleinsyraamplifiering för att detektera DNA.

"Till skillnad från tidigare metoder för att uppnå en förstärkt avläsning av proteiner, såsom närhetsligeringsanalysen, detta tillvägagångssätt kräver inte flera enzymer, längre polymerisationsbaserade enzymatiska reaktioner, eller temperaturkontroll för att förstärka signalen, "Di Carlo sa." Faktum är att den nya analysen fungerar vid rumstemperatur och uppnår resultat på cirka 10 minuter. "

Teamet visade tillvägagångssättet med två målproteiner - streptavidin, används ofta som testprotein för nya diagnostiska analyser, och influensanukleoprotein, vilket är ett protein associerat med influensaviruset.

På lång sikt strävar teamet efter att kombinera tekniken med bärbara läsare som kan vara särskilt fördelaktiga på kliniker i resursfattiga områden.

"Eftersom tekniken kräver färre steg än andra analyser, det kan ha en betydande inverkan på distribuerad diagnostik och folkhälsorapportering, speciellt i kombination med kostnadseffektiv bärbar och nätverksansluten läsarteknologi som vårt labb håller på att utveckla, "Sa Ozcan.

Teamet demonstrerade en synergistisk handhållen mikroplattläsare lämplig för proteindiagnostiska analyser baserade på en mobiltelefons optiska och beräkningssystem tidigare i år.

Garner, som också är biträdande direktör för laboratoriet för klinisk mikrobiologi vid UCLA Health, betonade den breda tillämpningen av tekniken. "Även om det först demonstrerades för att upptäcka protein associerat med influensa, vi ser för oss att tillvägagångssättet kan generaliseras till en rad proteinbiomarkörer som är associerade med infektionssjukdomar och cancer, " sa Garner. Han noterade att den kunde konfigureras för att upptäcka sjukdomar som Zika eller Ebola.

Forskarna betonade att ytterligare arbete krävs för att anpassa analysen till komplexa kliniska prover som kan ha andra störande föreningar, och ytterligare optimering av reagenserna för analysen kan förbättra prestandan.