محققان MIT ، با استفاده از الکترود ارزان پوشیده از DNA ، تشخیص های تجزیه تجزیه را طراحی کرده اند که می تواند برای تشخیص بیماری های مختلف از جمله سرطان یا آنفلوانزا و HIV سازگار باشد.
این سنسورهای الکتروشیمیایی از آنزیم تغییر DNA موجود در سیستم تنظیم ژن CRISPR استفاده می کنند. هنگامی که یک هدف توسط آنزیم تشخیص داده می شود ، یک هدف ، مانند یک ژن سرطانی ، سیگنال الکتریکی تولید شده را تغییر می دهد و شروع به برش DNA به روش غیر خاص الکترود ، مانند چمن برش چمن می کند.
یکی از اصلی ترین محدودیت های چنین فناوری تشخیص ، وخامت سریع DNA الکترود است ، بنابراین سنسورها نمی توانند برای مدت زمان بسیار طولانی ذخیره شوند و شرایط ذخیره سازی باید در جایی که می توان از آنها استفاده کرد ، بررسی شود. در یک مطالعه جدید ، محققان MIT DNA را با پوشش پلیمری تثبیت کردند و به سنسورها اجازه دادند تا حداکثر دو ماه حتی در دماهای بالا ذخیره شوند. پس از ذخیره سازی ، سنسورها قادر به تشخیص ژن سرطان پروستات بودند که اغلب برای تشخیص بیماری استفاده می شود.
Paul M. Cook دستیار توسعه شغلی MIT و نویسنده ارشد آریل فورست ، سنسورهای مبتنی بر DNA با هزینه حدود ۵۰ سنت می توانند راهی ارزان تر برای تشخیص بسیاری از بیماری ها در مناطق جوشکاری کم ارائه دهند.
وی گفت: “نکته کانونی ما این است که بسیاری از افراد دسترسی محدودی دارند و هدف ما ایجاد یک نقطه استفاده است. مردم حتی برای استفاده از آن مجبور نیستند در یک کلینیک باشند.
دانشجوی فارغ التحصیل MIT Xingcheng Zhou ، کاغذدر تاریخ ۳۰ ژوئن در مجله منتشر شد سنسورهای ACSبشر سایر نویسندگان این مقاله ، جسیکا کشتارگاه کارشناسی MIT ، SMAH RIKI ’24 و دانشجوی فارغ التحصیل Chao Chi Kuo هستند.
یک سنسور ارزان قیمت
سنسورهای الکتروشیمیایی با اندازه گیری تغییرات در جریان جریان الکتریکی هنگام تعامل با آنزیم مولکول هدف عمل می کنند. این فناوری است که گلوکز از آنها برای تشخیص غلظت گلوکز در یک نمونه خون استفاده می کند.
سنسورهای الکتروشیمیایی توسعه یافته در آزمایشگاه Furst شامل DNA است که به یک الکترود برگ طلای ارزان قیمت روی یک لایه پلاستیکی چسبانده شده است. DNA با استفاده از مولکول حاوی گوگرد معروف به تیول به الکترود وصل می شود.
در مطالعه ۲۰۲۱ ، آزمایشگاه Furst نشان داد که آنها می توانند از این سنسورها برای تشخیص مواد ژنتیکی از HIV و Papillomavirus انسانی (HPV) استفاده کنند. سنسورها اهداف خود را با استفاده از یک موضوع RNA راهنما که می تواند طراحی شود تقریباً به تمام آرایه DNA یا RNA طراحی می شود ، تشخیص می دهند. RNA راهنما به آنزیم به نام CAS12 بستگی دارد ، که در همان خانواده پروتئین است به عنوان آنزیم CAS9 که هنگام باز شدن DNA برای تنظیم ژنوم CRISPR استفاده می شود.
اگر هدف در دسترس باشد ، راهنما به RNA متصل می شود و CAS12 را فعال می کند ، که سپس DNA را به الکترود می چسبانید. این جریان تولید شده توسط الکترود را تغییر می دهد ، که می تواند با استفاده از یک پتانسیل اندازه گیری شود (همان فناوری مورد استفاده در کنتورهای گلوکز دارای دست).
وی می گوید: “اگر CAS12 باز باشد ، مانند یک دستگاه چمن زنی چمن است که کل DNA را در الکترود شما کاهش می دهد و این سیگنال شما را می بندد.”
در نسخه های قبلی دستگاه ، DNA باید قبل از استفاده به الکترود اضافه شود ، زیرا DNA برای مدت طولانی پایدار نیست. در مطالعه جدید ، محققان دریافتند که می توانند پایداری DNA را با پلیمری به نام پلی وینیل الکل (PVA) افزایش دهند.
این پلیمر ، که از هر پوشش کمتر از ۱ درصد هزینه دارد ، مانند یک مشمع کف اتاق عمل می کند که از DNA در زیر آن محافظت می کند. پس از ماندن روی الکترود ، پلیمر خشک می شود تا یک فیلم نازک محافظ ایجاد کند.
خز می گوید: “پس از خشک شدن ، به نظر می رسد که او در برابر کارهای اصلی که می تواند به DNA آسیب برساند ، می تواند به DNA آسیب برساند یا پیوند Tiol را با طلا خراب کند و DNA شما را از الکترود جدا کند.
تشخیص موفقیت آمیز
محققان نشان داده اند که این پوشش می تواند حداقل دو ماه DNA را در سنسورها حفظ کند و در عین حال درجه حرارت را تا ۱۵۰ درجه برداشت کند. دو ماه بعد ، این پلیمر مجدداً نشان داد و نشان داد که سنسورها می توانند PCA3 را تشخیص دهند ، یک ژن سرطان پروستات که هنوز هم می توان در ادرار یافت.
این نوع آزمایش را می توان با نمونه های مختلفی از جمله ادرار ، بزاق یا سواب بینی استفاده کرد. محققان امیدوارند از این روش برای ایجاد تشخیص ارزان تر برای بیماریهای عفونی مانند HPV یا HIV استفاده کنند که می تواند در مطب پزشک یا خانه استفاده شود. محققان همچنین می توانند برای ایجاد آزمایشات مربوط به بیماری های عفونی این رویکرد استفاده شوند.
اخیراً گروهی از محققان آزمایشگاه Fursst به تصویب رسیده اند. دلتا پنجمشتاب دهنده ابتکار دانشجویی MIT امیدوار است که ابتکار عمل را برای بهبود بیشتر این فناوری آغاز کند. اکنون که محققان می توانند با ماندگاری بسیار طولانی تر آزمایشاتی ایجاد کنند ، امیدوارند که آنها را به مکانهایی که می توانند با نمونه های بیمار آزمایش شوند ، ارسال کنند.
Furst می گوید ، هدف ما این است که به آزمایش با نمونه های بیمار در برابر بیماری های مختلف در محیط های دنیای واقعی ادامه دهیم. “محدودیت ما قبلاً ، ما مجبور بودیم سنسورهای موجود در سایت را انجام دهیم ، اما اکنون می توانیم آنها را ارسال کنیم زیرا می توانیم از آنها محافظت کنیم. ما مجبور نیستیم از خنک کننده استفاده کنیم. این به ما امکان می دهد تا برای آزمایش به محیط های قوی تر یا غیر ایدئال دسترسی پیدا کنیم.”
این تحقیق تا حدی توسط کمیته پشتیبانی تحقیق MIT و بورس تحصیلی Mathworks تأمین شد.