Forskare vid Karolinska Institutet har utvecklat en ny metod som använder DNA-nanobollar för att upptäcka patogener, som syftar till att förenkla nukleinsyratestning och revolutionera patogendetektion. Studiens resultat, publicerade i Science Advances , skulle kunna bana väg för ett enkelt elektroniskt baserat test som kan identifiera olika nukleinsyror i olika scenarier snabbt och billigt.
Huvudutredaren Vicent Pelechano, docent vid Karolinska Institutets institution för mikrobiologi, tumör- och cellbiologi, är försiktigt optimistisk om teknikens potential att upptäcka en rad patogena agens i verkliga miljöer.
"Metodiken innebär att man kombinerar molekylärbiologi (generering av DNA-nanobollar) och elektronik (elektrisk impedansbaserad kvantifiering) för att ge ett banbrytande detektionsverktyg", säger Vicent Pelechano.
Forskarna modifierade en isotermisk DNA-amplifieringsreaktion som kallas LAMP för att generera små 1-2μM DNA-nanobollar om patogenen fanns i provet. Dessa nanobollar riktas sedan genom små kanaler och identifieras elektriskt när de går mellan två elektroder. Metoden har visat en anmärkningsvärd känslighet som detekterar så få som 10 målmolekyler och snabba resultat under en timme, med hjälp av ett kompakt, orörligt system.
"Snabb och exakt upptäckt av genetiskt material är nyckeln för diagnos, särskilt som svar på uppkomsten av nya patogener", säger Vicent Pelechano.
Under den senaste covid-19-pandemin såg forskarna en omfattande användning av proteinbaserad diagnostik för snabba tester. Dessa metoder kräver dock tidskrävande utveckling av högkvalitativa antikroppar. Däremot erbjuder nukleinsyrabaserade tillvägagångssätt enklare utveckling, ökad känslighet och inneboende flexibilitet, enligt forskarna.
Denna nya metod, som erbjuder etikettfri detektion, skulle kunna påskynda lanseringen av nya diagnostiska kit. Genom att integrera prisvärd massproducerad elektronik med lyofiliserade reagens, har teknologin potentialen att tillhandahålla en billig, allmänt utplacerad och skalbar punkt-of-care-enhet.
Teamet påbörjade detta arbete som en förlängning av sina tidigare ansträngningar inom LAMP (loop-medierad isotermisk förstärkning)-baserad detektering av SARS-CoV-2 under pandemin.
För närvarande undersöker forskargruppen aktivt vägar för att integrera denna teknologi i domäner som miljöövervakning, livsmedelssäkerhet, virus- och antimikrobiell resistensdetektering. Teamet undersöker också vägar för att licensiera eller potentiellt etablera en startup för att dra nytta av denna teknik, efter att de nyligen ansökt om ett patent för tekniken.
Mer information: Muhammad Tayyab et al, Digital analys för snabb elektronisk kvantifiering av kliniska patogener med hjälp av DNA-nanobollar, Science Advances (2023). DOI:10.1126/sciadv.adi4997
Journalinformation: Vetenskapens framsteg
Tillhandahålls av Karolinska Institutet
