Konstruerade delar av DNA - verktyg för nanoskala som kallas "nanoswitches" - kan vara nyckeln till snabbare, lättare, billigare och känsligare tester som kan möjliggöra högupplöst detektering av biomarkörer som indikerar förekomsten av olika sjukdomar, virusstammar och till och med genetiska variationer lika subtila som en enda genmutation.
"En kritisk tillämpning i både grundforskning och klinisk praxis är upptäckt av biomarkörer i våra kroppar, som förmedlar viktig information om vår nuvarande hälsa, "säger Wesley Wong, Doktorsexamen. "Dock, nuvarande metoder tenderar att vara antingen billiga och enkla eller mycket känsliga, men i allmänhet inte båda. "
Det är därför Wong och hans team har anpassat sin DNA-nanoswitch-teknik-som tidigare visats för att underlätta upptäckt av läkemedel och mätningen av biokemiska interaktioner-till en ny plattform som de kallar nanoswitch-länkad immunosorbentanalys (NLISA) för snabb, känslig och specifik proteindetektion, som de rapporterade i veckan i en ny tidning i Förfaranden från National Academy of Sciences .
"Det är en" bäst av båda världar "-metod, "säger Wong, senior författare på tidningen, som är huvudutredare i Boston Children's Hospital Program in Cellular and Molecular Medicine, en biträdande professor vid Harvard Medical School och en docent vid Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering vid Harvard University. "Denna teknik kan översättas till laboratorietester och vårdtest som är lika prisvärda och enkla att använda som hemma graviditetstest, men är mycket mer känsliga och korrekta. "
NLISA -plattformen använder en processanropsgelelektrofores för att skärma syntetiserad, enstaka strängar av DNA "reagenser" som ändrar form i närvaro av en specifik biomarkör. De börjar så länge, linjära DNA -strängar, men är dekorerade med proteiner som binder till en matchande proteinbiomarkör av intresse. När den väl blivit utsatt för den matchande biomarkören, proteinerna binder till det och får DNA -strängen att böja sig till en slinga.
I kombination med gelelektrofores, den formändringen gör det extremt lätt att upptäcka om biomarkören av intresse är närvarande eller inte. Vid gelelektrofores, ett elektriskt fält drar molekyler genom en porös gel. Linjära DNA -nanoswitchar rör sig mycket snabbare genom porerna i gelén, medan triggade nanoswitch -slingor rör sig mycket långsammare på grund av sin klumpigare form.
"Enkelt uttryckt, avstånden som nanoswitcharna färdas genom gelén indikerar om en biomarkör är närvarande eller inte ?, "säger författaren Clinton Hansen, Doktorsexamen, en postdoktor i Wong -labbet.
'Kör gelen'
Ta, till exempel, prostataspecifikt antigen (PSA), som är en blodserummarkör som används för att testa män för prostatacancer. För att demonstrera sitt NLISA -system, Wong och hans team spikade blodserumprover med varierande nivåer av PSA. Sedan, att kombinera nanoswitchreagensen för PSA med serumproverna, de utförde gelelektrofores på blandningen. Teamet kunde upptäcka förekomsten av PSA med högre känslighet i mindre volym än med jämförbara analyser.
Dessutom, under en annan demonstration av konceptet, Wongs team visade att deras NLISA-plattform kunde skilja mellan mycket liknande virala stammar av Dengue-feber på 45 minuter eller mindre.
"Genom att köra en gel, vi stör nanoswitcharna med ett elektriskt fält för att minska falskt positiva resultat med hjälp av en process som kallas 'kinetisk korrekturläsning, '"Förklarar Wong." Även om liknande proteiner - såsom besläktade virusstammar - till en början kan "snubbla" nanoswitcharna till slingor, dessa nära men inte helt perfekta bindningar kan brytas, lämnar bara sanna positiva resultat efter sig. Detta gör att vi kan urskilja mellan virusstammar som till och med kan vara olika genom en enda genmutation. "
NLISA -systemet har potential att bli en standard för proteindetektering, Wong föreslår, och kan till och med utvecklas till en bärbar, handhållen enhet för klinisk användning.
