Geconstrueerde DNA-strengen - hulpmiddelen op nanoschaal genaamd "nanoswitches" - kunnen de sleutel zijn tot snellere, gemakkelijker, goedkopere en gevoeligere tests die high-fidelity detectie van biomarkers die de aanwezigheid van verschillende ziekten aangeven, mogelijk maken, virale stammen en zelfs genetische variabiliteiten zo subtiel als een enkele genmutatie.

"Een cruciale toepassing in zowel fundamenteel onderzoek als klinische praktijk is de detectie van biomarkers in ons lichaam, die essentiële informatie over onze huidige gezondheid overbrengen, " zegt Wesley Wong, doctoraat. "Echter, huidige methoden zijn meestal goedkoop en gemakkelijk of zeer gevoelig, maar over het algemeen niet beide."

Dat is de reden waarom Wong en zijn team hun DNA-nanoschakelaartechnologie hebben aangepast - eerder aangetoond om de ontdekking van geneesmiddelen en de meting van biochemische interacties te bevorderen - in een nieuw platform dat ze de nanoswitch-linked immunosorbent assay (NLISA) noemen voor snelle, gevoelige en specifieke eiwitdetectie, waarover ze deze week berichtten in een nieuwe krant in Proceedings van de National Academy of Sciences .

"Het is een 'best of both worlds'-benadering, " zegt Wong, senior auteur op het papier, die hoofdonderzoeker is in het Boston Children's Hospital Program in Cellular and Molecular Medicine, een assistent-professor aan de Harvard Medical School en een geassocieerd lid van de faculteit aan het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering aan de Harvard University. "Deze technologie kan zich vertalen in laboratorium- en point-of-care-tests die net zo betaalbaar en gebruiksvriendelijk zijn als zwangerschapstesten thuis, maar zijn veel gevoeliger en nauwkeuriger."

Het NLISA-platform gebruikt een procesoproep gelelektroforese om gesynthetiseerde, enkele strengen DNA "reagentia" die van vorm veranderen in aanwezigheid van een specifieke biomarker. Ze beginnen zo lang, lineaire strengen van DNA, maar zijn versierd met eiwitten die binden aan een bijpassende eiwitbiomarker van belang. Eenmaal blootgesteld aan die overeenkomende biomarker, de eiwitten binden eraan en zorgen ervoor dat de DNA-streng zich in een lus buigt.

In combinatie met gelelektroforese, die vormverandering maakt het uiterst eenvoudig om te detecteren of de biomarker van belang aanwezig is of niet. Bij gelelektroforese, een elektrisch veld trekt moleculen door een poreuze gel. Lineaire DNA-nanoschakelaars bewegen veel sneller door de poriën in de gel, terwijl geactiveerde nanoswitch-loops veel langzamer bewegen vanwege hun onhandige vorm.

"Simpel gezegd, de afstanden die de nanoswitches door de gel afleggen geven aan of er een biomarker aanwezig is of niet?, " zegt eerste auteur Clinton Hansen, doctoraat, een postdoctoraal onderzoeker in het Wong-lab.

'Laat de gel lopen'

Nemen, bijvoorbeeld, prostaatspecifiek antigeen (PSA), dat is een bloedserummarker die wordt gebruikt om mannen te testen op prostaatkanker. Om hun NLISA-systeem te demonstreren, Wong en zijn team verrijkten bloedserummonsters met verschillende niveaus van PSA. Vervolgens, het combineren van de nanoswitch-reagentia voor PSA met de serummonsters, ze voerden gelelektroforese uit op het mengsel. Het team kon de aanwezigheid van PSA detecteren met een hogere gevoeligheid in minder volume dan met vergelijkbare testen.

In aanvulling, tijdens een andere proof-of-concept demonstratie, Het team van Wong toonde aan dat hun NLISA-platform in 45 minuten of minder sterk gelijkende virale stammen van knokkelkoorts kon onderscheiden.

"Door een gel te gebruiken, we verstoren de nanoschakelaars met een elektrisch veld om fout-positieve resultaten te verminderen met behulp van een proces dat 'kinetische proeflezen' wordt genoemd, '" legt Wong uit. "Hoewel vergelijkbare eiwitten, zoals verwante virale stammen, de nanoschakelaars in eerste instantie in lussen kunnen 'trippen', deze hechte, maar niet helemaal perfecte banden kunnen worden verbroken, alleen echte positieve resultaten achterlatend. Dit stelt ons in staat om onderscheid te maken tussen virale stammen die zelfs kunnen verschillen door slechts een enkele genmutatie."

Het NLISA-systeem heeft de potentie om een ​​standaard te worden voor eiwitdetectie, Wong stelt voor, en zou zelfs kunnen worden ontwikkeld tot een draagbare, handheld apparaat voor klinisch gebruik.