Van het lab tot de hand: Nanodevice brengt gepersonaliseerde genomica dichter bij de realiteit

DNA bevat de instructies die ons maken tot wie we zijn. Als we die instructies willen lezen, zeg maar, om onze aanleg voor genetische aandoeningen te begrijpen, moeten we de iconische dubbele helixstructuur van DNA zorgvuldig “uitpakken”. Dit is noch eenvoudig noch snel, en het proces omvat intense verwarming en chemicaliën die het DNA kunnen beschadigen.

Nu, in een nieuwe studie gepubliceerd in ACS nanoeen onderzoeksteam onder leiding van de Universiteit van Osaka, heeft een nieuwe technologie ontwikkeld om het openparend proces veel eenvoudiger te maken. Hun uitvinding maakt gebruik van een miniatuurverwarming om de DNA Double Helix precies en zachtjes uit te pakken.

Het apparaat maakt gebruik van een platina-spoel met nano-formaat. Terwijl de DNA-streng de “nanopore” bereikt, een gat van nano-formaat op het apparaat, wordt spanning op de spoel toegepast. De warmte opent het DNA, waardoor één streng tegelijk kan worden gelezen.

“Een belangrijk voordeel van de nieuwe methode is dat we het hele monster niet hoeven te verwarmen, slechts een heel klein deel ervan”, legt hoofdauteur Makusu Tsutsui uit. “Dit betekent dat het proces slechts een paar milliwatt stroom nodig heeft, DNA -schade wordt geminimaliseerd en we kunnen informatie van het DNA nauwkeuriger lezen.”

Het team testte de nieuwe methode met behulp van een lang DNA -molecuul uit een virus, dat bijna 50.000 basenparen bevatte, evenals een kleiner cirkelvormig plasmide. Een verrassend kleine hoeveelheid warmte was voldoende om zowel het plasmide als het langere DNA -molecuul uit te ritsen.

De precieze verwarmingsmethode van het team stelde het team ook in staat om te regelen wanneer en hoe het DNA -molecuul open ritste, zijn snelheid reguleerde en zijn doorgang door de nanopore detecteert met behulp van elektrische signalen. Met deze gedetailleerde inzichten konden het team afleiden hoe de beweging van het DNA -molecuul wordt beïnvloed door elektrische krachten, viskeuze weerstand van de omringende vloeistof en temperatuur, die allemaal waardevolle gegevens zijn voor verdere verbeteringen in DNA -sequencing.

“Ons apparaat moet gemakkelijk te produceren zijn en, hopen we, zal een kerntechnologie worden voor snelle en nauwkeurige sequencing van de volgende generatie”, zegt senior auteur Tomoji Kawai.

“Het apparaat is microscopisch en verbruikt zeer weinig vermogen, dus het kan mogelijk worden opgenomen in draagbare diagnostische apparaten, waardoor on-site toegang tot genetische informatie mogelijk is die de diagnose en behandeling kan begeleiden.”

Het kleine, machtige verwarmingssysteem vertegenwoordigt een stap in de richting van handheld genetische testapparaten, die kunnen worden gebruikt om snel en gemakkelijk de aanwezigheid van genen te bepalen die verantwoordelijk zijn voor kanker of andere ziekten. Het kan ook helpen om gepersonaliseerde geneeskunde te stimuleren, waardoor artsen behandelingen kunnen aanbevelen op basis van de unieke genetische informatie van een persoon.