Onderzoekers stellen een nieuwe biosensor voor voor miRNA-test

MicroRNA’s (miRNA’s) zijn waardevolle biomarkers voor de diagnose en prognose van ziekten. De Nobelprijs voor de Fysiologie of Geneeskunde 2024 is toegekend aan de Amerikaanse wetenschappers Victor Ambros en Gary Ruvkun voor hun ontdekking van miRNA’s die een belangrijke rol spelen bij post-transcriptionele genregulatie.

Veel miRNA’s zijn nauw verwant aan de pathogenese van tumoren, waaronder celproliferatie en invasie. Het opzetten van betrouwbare miRNA-diagnostische modellen kan helpen bij de vroege detectie van een breed scala aan risicovolle precancereuze laesies.

Onderzoekers van het Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology (SIBET) van de Chinese Academie van Wetenschappen hebben onlangs een nieuwe strategie voorgesteld, gebaseerd op DNA-nanostructuur desintegratie-geassisteerde stam-gepromote alkyn-azide cycloadditie (SPAAC) ligatie voor zeer gevoelige detectie van miRNA (zie figuur 1 ).

De onderzoekers, onder leiding van professor Miao Peng, ontwierpen een driedimensionale DNA-driehoekige piramide-frustum (TPF) als basis voor doelherkenning, die niet alleen een DNA-driehoekbodem met drie thiol-hoekpunten bevat voor stevige immobilisatie aan het goudoppervlak, maar ook zorgt voor drie enkelstrengige laterale randen voor daaropvolgende structurele DNA-overgangen.

De onderzoeksresultaten, getiteld “DNA Nanostructure Disintegration-Assisted SPAAC Ligation for Electrochemical Biosensing”, waren gepubliceerd in Nano-brieven.

In de aanwezigheid van doel-miRNA wordt duplex-specifiek nuclease (DSN) gebruikt om het enkelstrengige DNA bovenaan de DNA-TPF te verteren, wat kan leiden tot het herstel van een DNA-driehoek en vervolgens de volgende SPAAC-ligatie ten goede kan komen om te lokaliseren meerdere signaalstrengen.

SPAAC is een soort klikreactie zonder metaal en enzym tussen aziden en cyclooctylalkynen, die een hoge selectiviteit en biologische orthogonaliteit heeft. Het is geschikt voor de ligatie van afzonderlijke plaatsen van DNA-nanostructuren.

Door het ontwerp van de laterale randen van het DNA TPF kunnen meerdere haarspelden met ferrocenen worden gevormd, die de afstand tussen elektrochemische soorten en de elektrode verkorten (zie figuur 2).

Door de reacties vast te leggen en te analyseren, hebben onderzoekers een zeer gevoelige elektrochemische biosensor ontwikkeld, die een hoge gevoeligheid en reproduceerbaarheid vertoont. Klinische toepassingen vertoonden een goede stabiliteit (zie figuur 3).

Deze detectiestrategie is gebaseerd op de integratie van DNA-nanostructuren en klikchemie, wat kan inspireren tot verdere ontwerpen voor de ontwikkeling van DNA-nanotechnologie en toepassingen in de klinische chemie.