Tests voor het identificeren van genetische variaties tussen individuen, die kunnen worden gebruikt om nauwkeurig gerichte medicamenteuze therapieën te ontwikkelen, zijn een huidige focus in het opkomende gebied van farmacogenomica. A*STAR-onderzoekers hebben nu een op maat gemaakte en elegante nanosonde ontwikkeld en gepatenteerd voor het beoordelen van de gevoeligheid voor het medicijn warfarine.

Om de nanosonde te ontwikkelen, Jackie Ying van het A*STAR Institute of Bioengineering and Nanotechnology en medewerkers in Singapore, Taiwan en Japan bedachten een relatief eenvoudige procedure die gebruikmaakt van standaard laboratoriumapparatuur en die gemakkelijk kan worden aangepast voor andere genetische tests.

"Onze methode is sneller, kosteneffectiever en nauwkeuriger dan bestaande alternatieven, " zegt Ying.

De methode van Ying detecteert genetische variaties die bekend staan ​​als single-nucleotide polymorphisms (SNP's) die alleen verschillen in een enkele nucleotide-bouwsteen van DNA. In het geval van warfarine - het meest voorgeschreven antistollingsmiddel - zijn er SNP-verschillen in specifieke delen van het genoom die aangeven of een patiënt het medicijn verdraagt ​​of ernstige bijwerkingen krijgt.

De onderzoekers gebruikten gouden nanodeeltjes die waren vastgemaakt aan korte stukjes DNA die binden aan specifieke complementaire DNA-sequenties via de basenparing die dubbelstrengs DNA bij elkaar houdt. Deze nanosondes werden blootgesteld aan DNA-fragmenten die uit het genoom van een patiënt waren geknipt en geamplificeerd.

De nanosondes zijn aanvankelijk roze vanwege oppervlakte-plasmonische effecten met rimpelingen van elektrische lading. Wanneer geanalyseerd, als de probes niet binden aan de DNA-fragmenten, ze aggregeren en worden kleurloos bij blootstelling aan een zoutoplossing. Als ze binden aan het doel, ze zullen niet aggregeren maar roze blijven totdat ze worden verwarmd tot een 'smelttemperatuur' waarbij de basenparing wordt verstoord en de DNA-strengen van de probe en de genoomfragmenten scheiden. Voor gevallen van gedeeltelijke complementariteit - waarbij de fragmenten niet overeenkomen door een enkele nucleotide - wordt de smelttemperatuur verlaagd met een hoeveelheid die afhankelijk is van het niveau van niet-overeenstemming. Hierdoor kunnen SNP's worden gedetecteerd door hun verschillende smelttemperaturen.

De resulterende kleurverandering is gemakkelijk zichtbaar voor het menselijk oog, maar kan ook automatisch worden geëvalueerd (zie afbeelding). Het systeem kan ook onderscheid maken tussen homozygote genotypen (waarbij een persoon dezelfde SNP draagt ​​op elk lid van een paar chromosomen) en heterozygote genotypen (waarbij een persoon verschillende SNP's op elk chromosoom draagt).

"De gepatenteerde warfarine-testkit is beschikbaar voor commercialisering of licentieverlening, ", zegt Ying. "We hebben testkits ontwikkeld en valideren voor verschillende andere toepassingen in de detectie van pathogenen, farmacogenomica en genetische ziektescreening."