DNA-sequencing is zo gewoon geworden, weinigen beseffen hoe moeilijk het is om zelfs maar een enkel molecuul DNA uit een biologisch monster te extraheren.

Onderzoek onder leiding van UC Riverside maakt het gemakkelijker om DNA uit vloeistofmonsters zoals bloed te detecteren en te vangen met behulp van een kleine glazen buis en elektrische stroom. De techniek, beschreven in het journaal nanoschaal , kan in de toekomst ook de diagnose van kanker verbeteren.

DNA, een dubbelstrengs, elektrisch geladen molecuul dat alle informatie bevat die een organisme nodig heeft om de bouwstenen van het leven te creëren en te ordenen, is strak gevouwen in de celkern. Het extraheren van het DNA uit een enkele cel is tijdrovend en onpraktisch voor veel medische en wetenschappelijke doeleinden. Gelukkig, als cellen op natuurlijke wijze afsterven, hun vliezen barsten, de inhoud vrijgeven, inclusief DNA. Dit betekent dat een bloedmonster, bijvoorbeeld, bevat veel strengen vrij zwevend DNA die, in theorie, gemakkelijker te identificeren en in hoeveelheid te extraheren.

Echter, aasetercellen, macrofagen genaamd, die cellulair afval opruimen, vernietigen het meeste celvrije DNA, waardoor het in lage concentraties in het bloed achterblijft. De meeste benaderingen voor het vastleggen van celvrij DNA vereisen dure technieken die eerst de moleculen concentreren voordat fluorescerende kleurstoffen worden gebruikt om het DNA te helpen zien.

Corresponderende auteur Kevin Freedman, een assistent-professor bio-engineering aan het Marlan en Rosemary Bourns College of Engineering van UC Riverside, leidde een poging om de detectie en opname van DNA in lagere concentraties te verbeteren door een elektrische lading te gebruiken om een ​​DNA-monster rechtstreeks in een glazen buis te leiden met een kleine opening die een nanoporie wordt genoemd. Nanopore-detectie is naar voren gekomen als een snelle, betrouwbaar, en kosteneffectieve diagnosetool in verschillende medische en klinische toepassingen.

"We weten dat als je spanning aanbrengt over een celmembraan, ionen zullen door poriën in het celmembraan bewegen, " zei Freedman. "DNA reist ook met het elektrische veld mee, en we kunnen het gebruiken om het DNA te verplaatsen."

De onderzoekers plaatsten een positieve elektrode in een glazen buis met een opening, of porie, 20 nanometer breed - iets groter dan een DNA-molecuul, maar te klein om cellen door te laten. Ze pasten een elektrisch potentiaal toe op de nanoporie, die werd gedompeld in een flesje met een DNA-monster en een negatieve elektrode. Het celvrije DNA ging de porie binnen en blokkeerde het. Door de verandering in elektrische stroom terwijl het DNA door de porie reisde, konden de onderzoekers het detecteren.

"Het is alsof je spaghetti door een naald probeert te trekken, "Zei Freedman. "Om door de porie te gaan, moet het bijna perfect lineair zijn."

Hoe dichter bij het vloeistofoppervlak de onderzoekers de porie vasthielden, hoe meer DNA het oppikte.

"Verbazingwekkend, we ontdekten dat DNA zich ophoopt op de grensvlakken tussen vloeistof en lucht. Als er een koellaag is, het DNA zal proberen naar de koelere locatie te gaan, " zei Freedman. "We hopen dat hetzelfde geldt voor een bloedmonster, dus hetzelfde mechanisme kan worden gebruikt om DNA nabij het oppervlak te concentreren. Dit is niet alleen gunstig, maar deze strategie voor het detecteren van nanoporiën toonde ook een hogere signaal-ruisverhouding nabij het oppervlak. Het is echt een win-winsituatie."

Met enkele verfijningen, de auteurs denken dat hun puur elektrische techniek kan helpen bij het diagnosticeren van sommige soorten kanker uit een enkel bloedmonster. Naast DNA, als tumoren groeien, blaasjes komen in de bloedbaan terecht. Deze mini-druppeltjes op basis van lipiden kunnen worden gezien als minicellen die identiek zijn aan de oorspronkelijke kankercellen en kunnen ook worden gedetecteerd door detectie van nanoporiën.

Gezien alle unieke kenmerken van deze puur elektrische techniek, het nanopore-sensing-systeem kan in de toekomst worden gebruikt als diagnostische testevaluatie op het punt van zorg.

Het artikel is getiteld "Meten van gevangen DNA op het grensvlak tussen vloeistof en lucht voor verbeterde detectie van enkelvoudige moleculen."