(PhysOrg.com) -- Onderzoekers van de Universiteit van Pennsylvania hebben een nieuwe elektronische methode ontwikkeld voor het detecteren van microRNA geïsoleerd uit levende cellen. MicroRNA's zijn een klasse van kleine biomoleculen die genexpressie in eiwitten, de “arbeiders” van de cel. MicroRNA's werken door te binden aan specifieke boodschapper-RNA's die coderen voor eiwitten, en, door het zo te doen, eiwitsynthese remmen.

MicroRNA's, of miRNA's, werden voor het eerst geïdentificeerd in rondwormen in 1993. Sindsdien zijn biologen hebben ontdekt dat microRNA's genexpressie regelen, en daarom is er een enorme belangstelling voor deze moleculen als potentiële therapieën om kanker en ziektegerelateerde genen tot zwijgen te brengen.

Het probleem met microRNA-detectie is dat het aantal kopieën van microRNA in cellen zo klein is dat detectie behoorlijk uitdagend is. Het team ontwikkelde een methode om nanoporiën te fabriceren in de dunste siliciumnitridemembranen die tot nu toe zijn gerapporteerd, ongeveer 6 nm dik.

Eerst, het team toonde aan dat deze nanoporiën de signaalresolutie verhogen bij het lezen van DNA-moleculen terwijl ze door de poriën gaan. Na het aantonen van de verhoogde gevoeligheid, het Penn-team had een methode nodig om een ​​specifiek microRNA uit cellen te isoleren.

Ze werkten samen met een groep onder leiding van Larry McReynolds van New England Biolabs.

"Larry en collega's hadden een leuke truc:ze gebruiken een viraal eiwit genaamd p19 om duplex-RNA-moleculen met de exacte afmetingen van microRNA's stevig te binden, Meni Wanunu, een onderzoeksmedewerker bij Penn, zei. "Dus bedachten we een plan dat dit eiwit gebruikt om zeer kleine hoeveelheden specifieke microRNA's te isoleren die we vervolgens kunnen kwantificeren met behulp van onze poriën."

Het team richtte zich op het detecteren van miR122a, een leverspecifiek microRNA bij zoogdieren.

Ze toonden eerst aan dat hun nanoporiën betrouwbaar genoeg zijn om de concentraties van deze kleine moleculen te kwantificeren die slechts 22 basen lang zijn. of 6 nm lang. Na ultradunne membranen gemaakt te hebben door plaatselijk siliciumnitride te etsen, de groep gebruikte elektronenstralen om de nanoporiën in het verdunde deel van de siliciumnitridemembranen te boren.

“Met behulp van poriën met een diameter van 3 nm, deze duplex RNA-moleculen knijpen gewoon door de poriën en daarbij, elk molecuul produceert een mooi elektronisch signaal, ' zei Wanunu. “We waren verheugd, dingen zijn heel mooi gelukt. Dit zijn de kleinste synthetische poriën in alle dimensies, en het is verrassend hoe stabiel en robuust ze zijn. We gebruiken ze nu routinematig voor verschillende onderzoeken; zij zijn onze nieuwe state-of-the-art.”

Het artikel, op de omslag van het novembernummer van 2010 Natuur Nanotechnologie , laat een duplex microRNA-molecuul zien dat door een zeer dunne nanoporie gaat, gemaakt bij Penn.

"Het is geweldig om de verwachte verbeteringen in signaal-ruisverhoudingen te zien met behulp van deze dunne nanoporiën, Marija Drndić, een universitair hoofddocent natuurkunde en de groepsleider van het project, zei. “Ondanks dat ze dun zijn, ze zijn vrij robuust, en ze lijken elke keer te functioneren omdat ze niet de neiging hebben om hydrofobe verontreinigingen op te vangen en ze laten een ongehinderde doorstroming toe. Dit alles maakt ze ideale kandidaten voor verschillende biofysische toepassingen.”

Het Penn-team werkt nu aan specifieke methoden voor het detecteren van andere kleine moleculen, evenals het integreren van deze nanoporiën met vloeistofsystemen om de gevoeligheid te verbeteren.

Het onderzoek is uitgevoerd door Wanunu, Drndić Tali Dadosh en Vishva Ray van Penn, en Jingmin Jin en McReynolds van New England Biolabs.