UMass Amherst-onderzoekers hebben de grenzen van de biomedische technologie honderdvoudig verlegd met een nieuwe methode voor DNA-detectie met ongekende gevoeligheid.

"DNA-detectie vormt de kern van bio-engineering", zegt Jinglei Ping, hoofdauteur van het artikel dat verscheen in Proceedings of the National Academy of Sciences .

Ping is universitair docent werktuigbouwkunde en industriële techniek, adjunct-assistent-professor biomedische technologie en verbonden aan het Center for Personalised Health Monitoring van het Instituut voor Toegepaste Levenswetenschappen. "Iedereen wil het DNA in een lage concentratie met een hoge gevoeligheid detecteren. En we hebben zojuist deze methode ontwikkeld om de gevoeligheid kosteloos met ongeveer 100 keer te verbeteren."

Met traditionele detectiemethoden zegt hij:"De uitdaging is eigenlijk het vinden van de speld in een hooiberg." Er zijn veel moleculen in een monster aanwezig die niet tot het doel-DNA behoren en die het resultaat kunnen verstoren.

Dat is waar deze methode anders is. Het testmonster wordt in een elektrisch wisselveld geplaatst. Vervolgens:"We laten het DNA dansen", zegt hij. "Als de DNA-strengen dansen, hebben ze een specifieke oscillatiefrequentie." Onderzoekers kunnen vervolgens monsters lezen om te zien of er een molecuul beweegt op een manier die overeenkomt met de beweging van het doel-DNA en het gemakkelijk kan onderscheiden van verschillende bewegingspatronen. Dit werkt zelfs als er een zeer lage concentratie van het doel-DNA is.

Deze nieuwe methode heeft enorme gevolgen voor het versnellen van de detectie van ziekten. Ten eerste kunnen diagnoses, omdat het zo gevoelig is, in eerdere stadia van de ziekteprogressie plaatsvinden, wat grote gevolgen kan hebben voor de gezondheidsresultaten.

Bovendien duurt deze methode minuten, geen dagen, weken of maanden, omdat het allemaal elektrisch is. "Dit maakt het geschikt voor point-of-care", zegt hij. "Meestal leveren we monsters aan een laboratorium en zij kunnen de resultaten snel of langzaam verstrekken, afhankelijk van hoe snel ze gaan, en het kan 24 uur of langer duren."

Hij haalt bijvoorbeeld aan hoe bij een diagnose een biopsiemonster wordt ingevroren en vervolgens naar een laboratorium wordt gestuurd voor verwerking, wat tot twee maanden kan duren. Dankzij de bijna onmiddellijke resultaten met deze nieuwe methode hoeft de behandeling niet te wachten op verwerkingstijden in het laboratorium.

Nog een voordeel:het is draagbaar. Ping beschrijft dat het apparaat qua grootte vergelijkbaar is met een bloedsuikertestinstrument, dat de deuren opent voor verbeteringen in de gezondheid op wereldschaal. "Het kan worden gebruikt op plaatsen waar de middelen beperkt zijn. Ik ging naar een land en de dokter gaat meestal een of twee keer per jaar naar een dorp, en nu kunnen ze misschien een basis hebben die dit soort gereedschap heeft en zullen ze de kans krijgen om het snel en gemakkelijk te testen."

Ping is enthousiast over de breedte van de mogelijke toepassingen voor deze ontdekking en zegt:“De nano-mechano-elektrische benadering kan ook worden geïntegreerd met andere bio-engineeringtechnologieën, zoals CRISPR, om de signaalroutes van nucleïnezuren te verhelderen, ziektemechanismen te begrijpen, nieuwe medicijndoelen te identificeren en nieuwe medicijnen te identificeren. gepersonaliseerde behandelstrategieën, waaronder op microRNA gerichte therapieën."

Xiaoyu Zhang, een afgestudeerde onderzoeksassistent van Ping Lab, zal een mondelinge presentatie geven die relevant is voor dit onderzoek tijdens de jaarlijkse bijeenkomst van de Biomedical Engineering Society op 13 oktober 2023 in Seattle, WA.

Meer informatie: Xiaoyu Zhang et al, Nanomechano-elektrische benadering van zeer gevoelige en specifieke labelvrije DNA-detectie, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI:10.1073/pnas.2306130120

Journaalinformatie: Proceedings van de Nationale Academie van Wetenschappen

Aangeboden door Universiteit van Massachusetts Amherst