Исследования, проводимые UC Riverside, упрощают обнаружение и извлечение ДНК из образцов жидкости, например крови, с помощью крошечной стеклянной трубки и электрического тока. Техника, описанная в журнале Nanoscale, также может улучшить диагностику рака в будущем.
ДНК, двухцепочечная, электрически заряженная молекула, которая содержит всю информацию, необходимую организму для создания и организации строительных блоков жизни, плотно свернута в ядре клетки. Извлечение ДНК из одной клетки занимает много времени и непрактично для многих медицинских и научных целей.
К счастью, когда клетки умирают естественным путем, их мембраны разрываются, высвобождая содержимое, включая ДНК. Это означает, что образец крови, например, содержит множество цепей свободно плавающей ДНК, которые теоретически должно быть легче идентифицировать и извлекать в количестве.
Однако клетки-мусорщики, называемые макрофагами, которые очищают клеточные отходы, разрушают большую часть внеклеточной ДНК, оставляя ее в низких концентрациях в крови. Большинство подходов к захвату внеклеточной ДНК требуют дорогостоящих методов, которые сначала концентрируют молекулы, а затем используют флуоресцентные красители, чтобы помочь увидеть ДНК.
Автор-корреспондент Кевин Фридман, доцент кафедры биоинженерии в Инженерном колледже Марлана и Розмари Борн в Калифорнийском университете в Риверсайде, возглавил усилия по улучшению обнаружения и захвата ДНК при более низких концентрациях с помощью электрического заряда для направления образца ДНК непосредственно в стеклянную пробирку с крошечное отверстие, называемое нанопорой. Зондирование нанопор превратилось в быстрый, надежный и экономичный инструмент диагностики в различных медицинских и клинических приложениях.
«Мы знаем, что если вы приложите напряжение к клеточной мембране, ионы будут перемещаться через поры в клеточной мембране», – сказал Фридман. "ДНК также перемещается с электрическим полем, и мы можем использовать ее для перемещения ДНК."
Исследователи поместили положительный электрод в стеклянную трубку с отверстием или порами шириной 20 нанометров – немного больше, чем молекула ДНК, но слишком мало, чтобы пропускать клетки. Они приложили электрический потенциал к нанопоре, которую окунули во флакон, содержащий образец ДНК и отрицательный электрод.
Бесклеточная ДНК переместилась в пору и заблокировала ее. Изменение электрического тока при прохождении ДНК через поры позволило исследователям обнаружить его.
«Это похоже на попытку протянуть спагетти через иглу», – сказал Фридман. "Чтобы пройти через поры, они должны быть почти идеально линейными."
Чем ближе к поверхности жидкости исследователи удерживали пору, тем больше ДНК она собирала.
«Удивительно, но мы обнаружили, что ДНК накапливается на границах раздела жидкость-воздух.
Если есть охлаждающий слой, ДНК попытается перейти в более прохладное место », – сказал Фридман. "Мы надеемся, что то же самое верно и в отношении образца крови, поэтому тот же механизм можно использовать для концентрации ДНК у поверхности. Это не только полезно, но и эта стратегия обнаружения нанопор продемонстрировала более высокое отношение сигнал / шум вблизи поверхности.
Это действительно беспроигрышная ситуация."
Авторы считают, что с некоторыми уточнениями их чисто электрическая техника может помочь диагностировать некоторые виды рака на одном образце крови.
Помимо ДНК, по мере роста опухоли в кровоток попадают везикулы. Эти мини-капельки на основе липидов можно рассматривать как мини-клетки, которые идентичны исходным раковым клеткам и также могут быть обнаружены с помощью зондирования нанопор.
Учитывая все уникальные особенности этого чисто электрического метода, система обнаружения нанопор может быть использована в будущем в качестве диагностического теста на месте оказания медицинской помощи.