De kloof overbruggen voor precisiegeneeskunde: Nanofluïdische aptamer nanoarray meet individuele eiwitten

In de evoluerende wereld van precisiegeneeskunde is de behoefte aan methoden die biomoleculen met uiterste nauwkeurigheid en specificiteit kunnen meten van het grootste belang. Dit erkennend hebben universitair hoofddocent Yan Xu van de Graduate School of Engineering aan de Osaka Metropolitan University en zijn internationale onderzoeksteam een ​​grote stap in deze richting gezet.

Ze hebben een innovatief nanofluïdisch apparaat ontwikkeld dat in staat is om afzonderlijke eiwitten stochastisch te vangen en digitaal te detecteren in hun natuurlijke hoge concentraties. Deze doorbraak zou mogelijk de basis kunnen leggen voor de toekomst van gepersonaliseerde ziektepreventie en -behandeling.

Precisiegeneeskunde heeft tot doel preventie- en behandelingsstrategieën op maat te maken op basis van individuele genetische gegevens, omgevingsfactoren, levensstijl en andere determinanten. Integraal hierbij is de nauwkeurige meting van biomoleculen, zoals genen en eiwitten, in afzonderlijke cellen. Tot nu toe waren er echter geen tools die in staat waren om tegelijkertijd het minuscule volume van de inhoud van een enkele cel te verwerken – meestal in de orde van grootte van picoliter – en om biomoleculen te kwantificeren in cellulaire omgevingen met een hoge concentratie.

Het apparaat, genaamd de Nanofluidic Aptamer Nanoarray (of NANa in het kort), is een op nanokanalen gebaseerde chip die is ontworpen voor de digitale analyse van individuele moleculen in een monster met een ultraklein volume dat overeenkomt met dat van een enkele cel. Met behulp van synthetische antilichamen, bekend als aptameren, kan NANa stochastisch enkele moleculen van doeleiwitten vangen en digitaal detecteren, zelfs in monsters met een hoge concentratie. Deze aptameren, die zich binden aan specifieke moleculen, zijn dicht op elkaar geplaatst in de nanokanalen van het apparaat.

In de toekomst zijn de onderzoekers van plan praktische demonstraties uit te voeren met echte celmonsters, de verkregen meetgegevens te digitaliseren en het potentieel te verkennen van de integratie van op AI gebaseerde beeldherkenningstechnologie en biologische big data.

“Mensen zijn complexe organismen die uit een groot aantal cellen bestaan”, legt professor Xu uit. “We hopen dat NANa, dat informatie over het aantal biomoleculen in individuele cellen digitaliseert, zal dienen als een brug tussen biowetenschappen en informatiewetenschap, en de weg vrijmaakt voor precisiegeneeskunde in de toekomst.”

De onderzoeksresultaten worden gepubliceerd in Klein.