Автор AZoNano 7 апреля 2021 г.

Хотя в настоящее время секвенирование ДНК стало более распространенным явлением, очень немногие понимают, насколько сложно выделить даже одну молекулу ДНК из биологического образца.

Новое исследование под руководством Калифорнийского университета в Риверсайде позволяет легко обнаруживать и извлекать ДНК из образцов жидкости, например крови, с помощью крошечной стеклянной пробирки и электрического тока. Этот метод был описан в журнале Nanoscale и может также улучшить диагностику рака в будущем.

ДНК – это двухцепочечная электрически заряженная молекула, включающая всю информацию, необходимую организму для развития и организации строительных блоков жизни. Он плотно свернут внутри ядра клетки. Извлечение ДНК из одной клетки для нескольких научных и медицинских целей непрактично и требует много времени.

К счастью, во время естественной гибели клеток мембраны клеток лопаются и высвобождают содержимое, в которое входит ДНК. Это означает, что образец крови, например, включает несколько цепей свободно плавающей ДНК, которые теоретически должно быть просто идентифицировать и извлекать в количестве.

Но большая часть внеклеточной ДНК разрушается клетками-мусорщиками, известными как макрофаги, которые очищают клеточные отходы. Это оставляет ДНК в крови в низких концентрациях.

Большинство методов захвата внеклеточной ДНК требуют дорогостоящих методов, которые первоначально концентрируют молекулы перед использованием флуоресцентных красителей для визуализации ДНК.

Кевин Фридман, автор-корреспондент исследования и доцент кафедры биоинженерии в инженерном колледже Марлана и Розмари Борн в Калифорнийском университете в Риверсайде, возглавил работу по усилению обнаружения и улавливания ДНК при более низких концентрациях.

Этот метод заключался в использовании электрического заряда для направления образца ДНК непосредственно в стеклянную трубку с небольшим отверстием, известным как нанопора.

Зондирование нанопор стало экономичным, быстрым и надежным диагностическим инструментом в различных клинических и медицинских приложениях.

Мы знаем, что если вы приложите напряжение к клеточной мембране, ионы будут перемещаться через поры в клеточной мембране. ДНК также перемещается с электрическим полем, и мы можем использовать ее для перемещения ДНК .

Кевин Фридман, доцент кафедры биоинженерии, инженерный колледж Марлана и Розмари Борнс, Калифорнийский университет в Риверсайде

Положительный электрод помещали в стеклянную трубку с отверстием или порой шириной 20 нм – несколько шире, чем молекула ДНК, но слишком мало, чтобы пропускать клетки. Электрический потенциал был приложен к нанопоре, которая была погружена во флакон, содержащий отрицательный электрод и образец ДНК.

Бесклеточная ДНК проникла в пору и заблокировала ее. Используя изменение электрического тока, когда ДНК движется через пору, исследователи смогли обнаружить это.

Это похоже на попытку протянуть спагетти через иглу. Чтобы пройти через пору, она должна быть почти идеально линейной .

Кевин Фридман, доцент кафедры биоинженерии, инженерный колледж Марлана и Розмари Борнс, Калифорнийский университет в Риверсайде

Расстояние, на котором поры удерживались от поверхности жидкости, определяет количество захваченной ею ДНК. Чем ближе расстояние, тем больше ДНК захватывается.

Удивительно, но мы обнаружили, что ДНК накапливается на границах раздела жидкость-воздух. Если есть охлаждающий слой, ДНК попытается перейти в более прохладное место. Мы надеемся, что то же самое верно и для образца крови, поэтому тот же механизм можно использовать для концентрирования 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 .

Кевин Фридман, доцент кафедры биоинженерии, инженерный колледж Марлана и Розмари Борнс, Калифорнийский университет в Риверсайде

Исследователи полагают, что после некоторой тонкой настройки их чисто электрическая техника может позволить диагностировать определенные типы рака с использованием одного образца крови. Помимо ДНК, при росте опухолей в кровоток попадают везикулы.

Эти миниатюрные капельки на липидной основе можно рассматривать как мини-клетки, похожие на исходные раковые клетки, и их даже можно обнаружить с помощью нанопор.

Если принять во внимание все исключительные особенности этого чисто электрического метода, система обнаружения нанопор сможет в будущем служить в качестве диагностического теста на месте оказания помощи.

Насим Фараджпур, Лорен С. Ластра и Винай Шарма, все из Калифорнийского университета в Риверсайде, присоединились к Фридману в исследовании.

Ссылка на журнал:

Фараджпур, Н., и др. . (2021) Измерение захваченной ДНК на границе раздела жидкость-воздух для улучшения восприятия одиночных молекул. Наноразмер . doi.org/10.1039/D0NR07759C.

Источник: https://www.ucr.edu/[19459008visible