Natuurkundigen manoeuvreren DNA-moleculen met behulp van elektrische velden en bieden realtime controle

Onderzoekers van McGill’s Department of Physics hebben een nieuw apparaat ontwikkeld dat DNA -moleculen kan vangen en bestuderen zonder ze aan te raken of te beschadigen. Het apparaat, dat zorgvuldig afgestemde elektrische velden gebruikt, biedt wetenschappers ongekende controle over hoe DNA zich in realtime gedraagt, waardoor de mogelijkheid wordt gecreëerd voor snellere, preciezere moleculaire analyse die de diagnostiek, genoommapping en de studie van ziektegelateerde moleculen zou kunnen verbeteren.

Promovendus Matheus Azevedo Silva Pessôa, een onderzoeker van Nanofluïden, ontwikkelde de tool in samenwerking met zijn medestudenten in het nanobiofysische lab van professor Walter Reisner. Onderzoekers van het bio -engineering lab van professor Sara Mahshid bij McGill, Genomics Technology Startup Dimension Genomics, en de University of California, hebben Santa Barbara ook bijgedragen.

Het papier, “Single-molecule vangsel, afgifte en dynamische manipulatie via omkeerbare elektrokinetische opsluiting (Recon),” is gepubliceerd in Wetenschap vooruitgang.

Gebruik maken van DNA’s elektrische lading

“Eerdere modellen vereisten dat u mechanisch moleculen regelde om ze te vangen,” legde Pessôa uit. “Je moet de moleculen in een groef beperken, zodat je ze kunt bestuderen, en vervolgens mechanisch een plaat of deksel induceren, om de moleculen in een put te duwen. Maar soms breken ze, en de controle over de positie van deze moleculen is extreem beperkt.”

Nu kunnen onderzoekers elk DNA -molecuul sneller en voorzichtig moduleren door de inherente elektrische kwaliteiten te benutten om het naar een kleine put te leiden.

Zoals het afstemmen van een AM -radioknop

Hoewel eerder onderzoek heeft geprobeerd moleculen met elektrische velden te beheersen, veroorzaakte de hoge spanning vaak verschillende problemen die die aanpak onpraktisch maakten.

Pessôa zei dat het nieuwe apparaat onderzoekers de elektrische spanning in een specifieke frequentie laat aanpassen, zoals het afstemmen van een AM -radioknop. Met deze fijne controle kunnen ze DNA -moleculen vangen zonder ze te beschadigen.

Wetenschappers kunnen de moleculen ook naar believen vrijgeven. Door te bepalen hoe strak het DNA is beperkt, kunnen ze het gedrag in realtime observeren.

“Op deze manier kunnen we de specifieke dynamiek van het DNA zien, omdat we de moleculen zo lang kunnen beperken als we willen zonder ze te breken, en kijken wat er gebeurt wanneer het elektrische veld dat we gebruiken om ze te vangen, is gewijzigd,” voegde hij eraan toe.

De onderzoekers zeggen dat het manipuleren van DNA op zo’n kleine schaal ook kan helpen bij het versnellen van chemische reacties zoals het activeren van liposomen-op basis gebaseerde dragers die vaak worden gebruikt bij de afgifte van geneesmiddelen-om hun inhoud te openen en vrij te geven, waardoor wetenschappers deze dynamiek verder kunnen bestuderen.

Het platform kan ook worden gebruikt om celomgevingen te simuleren, waardoor het een krachtig hulpmiddel is voor zowel diagnostiek als ontdekking.

De onderzoeker is een van degenen die worden vermeld als uitvinders over de voorlopige patentapplicatie van Dimension Genomics voor dit apparaat.