In minder dan een seconde, een kleine sensor die wordt gebruikt in hersenchemieonderzoek, kan de belangrijkste moleculen detecteren die de genetische instructies voor het leven leveren, RNA en DNA, blijkt uit een nieuwe studie van American University.

De AU-onderzoekers geloven dat de sensor een nuttig hulpmiddel is voor wetenschappers die zich bezighouden met klinisch onderzoek om het DNA-metabolisme te meten, en dat de sensor een snelle manier zou kunnen zijn voor laboranten om 'gezonde' van 'zieke' monsters te onderscheiden en te bepalen of een pathogeen schimmel is, bacterieel, of viraal, alvorens verdere analyses uit te voeren.

Om te onderzoeken of de sensoren RNA en DNA konden detecteren, Alexander Zestos, assistent-professor scheikunde, samen met John Bracht, universitair hoofddocent biologie, om een ​​nieuwe methode voor detectie van RNA en DNA te testen. Beide hoogleraren maken deel uit van AU's Centre for Neuroscience and Behaviour, die onderzoekers uit verschillende vakgebieden samenbrengt om de hersenen en hun rol in gedrag te onderzoeken.

Nieuwe elektrode meet RNA en DNA

De sensoren, ook bekend als koolstofvezel micro-elektroden, stellen onderzoekers zoals Zestos in staat om nauwkeurige metingen van chemicaliën in de hersenen uit te voeren. Onderzoekers kunnen meer te weten komen over het complexe circuit van neurale paden en neurotransmitters in de hersenen, chemische stoffen in de hersenen die berichten langs een bepaald pad doorgeven.

Zestos en Bracht gebruikten een typische koolstofvezel micro-elektrode met snelle scan cyclische voltammetrie, dezelfde soort sensor die wordt gebruikt om dopamine in de hersenen te detecteren. Het werk van Zestos omvat vaak het gebruik van sensoren om dopamine in de hersenen te detecteren en te meten, omdat de neurotransmitter een rol speelt in een breed scala van activiteiten in het zenuwstelsel, van lichaamsbewegingen tot emotionele reacties.

De onderzoekers hebben de sensor aangepast met een gespecialiseerde elektrode. Ze wisten niet zeker of het zou werken, en waren verrast toen de elektrode, of golfvorm, detecteerde de oxidatieve pieken van adenosine en guanosine, twee van de bouwstenen van DNA. De detectietijd is snel, gebeurt in minder dan een seconde. Onderzoeksmethoden werden geverifieerd met behulp van zowel dierlijk als synthetisch RNA en DNA.

Een onderzoeksinstrument en pre-diagnose

Op korte termijn, Bracht en Zestos zien de tool als nuttig in klinisch onderzoek. Onderzoekers die de tool gebruiken, kunnen nuttige informatie krijgen over nucleïnezuren en de relatieve verhoudingen van adenosine, guanosine en cytidine, een andere DNA-nucleobase. Ongeveer zo groot als een lok mensenhaar, de sensor is klein genoeg om in cellen te implanteren, zakdoek, of in levende organismen. De sensor kan DNA of RNA in elk vloeistofmonster detecteren, inclusief vloeistofdruppels, speeksel, bloed of urine.

De sensor kan ook worden gebruikt als pre-diagnose. Het begin van een ziekte of schimmelinfectie kan een snelle stijging van nucleïnezuren veroorzaken, die de sensor kan meten, en mogelijk snelle infecties voorspellen, aldus de onderzoekers. Het kan tot een dag of langer duren voordat de resultaten van tests op coronavirus, bijvoorbeeld.

"Elektrochemische sensoren kunnen worden gebruikt voor het evalueren van monsters voorafgaand aan op sequentie gebaseerde methoden, " zei Bracht. "We kunnen ons verschillende gevallen voorstellen waarin het klinisch nuttig is om snel DNA of RNA in een monster te meten voordat het verder wordt gerangschikt. Bijvoorbeeld, het kan worden gebruikt als er veel monsters zijn om snel te controleren voordat uitgebreidere tests worden uitgevoerd."

Een huidige beperking is dat de sensor meer moet detecteren dan alleen de DNA- en RNA-strengen. Om een ​​specifiek virus op te sporen of voor genetische tests, de sensor zal de gensequentie van een virus moeten detecteren. Een volgende stap in het onderzoek is om de sensor verder aan te passen om te kijken of de sensor een virus kan detecteren. De sensor heeft potentieel een verscheidenheid aan toepassingen waarvoor verder onderzoek nodig zal zijn, ook binnen de forensische wetenschap en andere gebieden waar sensoren een prominente rol spelen.

"We hebben ook nagedacht over de vraag of we het DNA-metabolisme in levende hersenen en cellen kunnen meten, "Zei Bracht. "We zouden mogelijk één elektrode kunnen gebruiken om neurotransmitters zoals dopamine te meten en ook DNA en RNA en hun bouwstenen in realtime in een brein te meten."

Het nieuwe onderzoek is gepubliceerd in het chemietijdschrift ACS Omega .