(PhysOrg.com) - Een team van onderzoekers van de Universiteit van Toronto heeft nanomaterialen gebruikt om een ​​goedkope microchip te ontwikkelen die gevoelig genoeg is om snel het type en de ernst van de kanker van een patiënt te bepalen, zodat de ziekte eerder kan worden opgespoord voor een effectievere behandeling. Hun werk, gerapporteerd in twee artikelen gepubliceerd in de tijdschriften ACS Nano en Natuur Nanotechnologie , kan een tijdperk inluiden waarin goedkope maar geavanceerde moleculaire diagnostiek gemeengoed zal worden.

Het nieuwe apparaat van de onderzoekers kan gemakkelijk de kenmerkende biomarkers detecteren die de aanwezigheid van kanker op cellulair niveau aangeven, hoewel deze biomoleculen - genen die wijzen op agressieve of goedaardige vormen van de ziekte en subtypes van de kanker differentiëren - over het algemeen slechts in lage niveaus aanwezig zijn in biologische monsters. Analyse kan in 90 minuten worden voltooid, een aanzienlijke verbetering ten opzichte van de bestaande diagnostische procedures die over het algemeen dagen duren.

"Vandaag, er is een kamer vol computers nodig om een ​​klinisch relevant monster van kankerbiomarkers te evalueren en de resultaten zijn niet snel beschikbaar, "Zei teamleider Shana Kelley. "Ons team was in staat om biomoleculen op een elektronische chip ter grootte van je vingertop te meten en het monster binnen een half uur te analyseren. De instrumentatie die nodig is voor deze analyse kan worden opgenomen in een eenheid ter grootte van een BlackBerry."

Het nano-elektrode-apparaat dat Kelley, medewerker Edward Sargent, en hun gemaakte studenten zijn in staat om ziektegerelateerde genen te detecteren zonder het gebruik van PCR om DNA op laag niveau te amplificeren. De elektroden, die het belangrijkste onderdeel van het apparaat zijn, hebben een nieuwe sterk vertakte nanogestructureerde vorm die attomolaire DNA-concentraties kan detecteren. Met behulp van arrays van elektroden, elk verschillend in de mate van nanogestructureerde vertakking, de onderzoekers waren in staat om een ​​apparaat te construeren dat DNA-moleculen van meer dan zes ordes van grootte kan waarnemen, het oplossen van het probleem met het dynamisch bereik - het vermogen om zowel gewone als zeldzame moleculen te detecteren - dat andere apparaten heeft geplaagd.

De onderzoekers hebben deze apparaten gefabriceerd met behulp van een standaard microchipproductieproces dat bekend staat als fotolithografie om het basiselektroderooster te creëren dat nodig is om meerdere biomarkers tegelijkertijd te meten, en vervolgens een tweede techniek gebruikt die bekend staat als elektrodepositie om de vertakte nanostructuren op de elektroden te laten groeien, het regelen van de grootte van elke elektrode door de tijd te variëren waarin elektrodepositie plaatsvond. Met de elektroden op hun plaats, de onderzoekers bedekten ze vervolgens met verschillende DNA-bindende moleculen die bekend staan ​​als peptide-nucleïnezuren, of PNA's, die kunnen worden ontworpen om te binden aan een specifieke gensequentie. Wanneer een stukje DNA bindt aan zijn complementaire DNA- of RNA-molecuul, het veroorzaakt een chemische reactie die het elektrische signaal dat door de bijbehorende elektrode wordt gegenereerd, verandert.

Met behulp van hun apparaat, de onderzoekers analyseerden messenger-RNA-monsters van prostaatkankerbiopten. Hun analyse toonde aan dat het apparaat genfusies kan detecteren die kenmerkend zijn voor prostaatkanker. Belangrijker, het apparaat was in staat onderscheid te maken tussen genfusies die verband houden met snel of langzaam groeiende vormen van prostaatkanker.

Het artikel dat de constructie van deze nanobiosensor beschrijft, is getiteld, "De detectielimieten van biosensoren programmeren door gecontroleerde nanostructurering." Een samenvatting van dit artikel is beschikbaar op de website van het tijdschrift.

Het artikel waarin het gebruik van de nanobiosensor wordt beschreven om kankers te detecteren en te karakteriseren, is getiteld, "Directe profilering van kankerbiomarkers in tumorweefsel met behulp van een gemultiplext nanogestructureerd micro-elektrode-geïntegreerd circuit." Een samenvatting van dit artikel is beschikbaar op de website van het tijdschrift.

Aangeboden door National Cancer Institute (nieuws:web)