Un equipo dirigido por la Universidad de California en San Diego ha desarrollado un chip que puede detectar un tipo de mutación genética conocida como polimorfismo de un solo nucleótido SNP y enviar los resultados en tiempo real a un teléfono inteligente, computadora u otro dispositivo electrónicoEl chip es al menos 1,000 veces más sensible a la detección de un SNP que la tecnología actual.
El avance, publicado el 9 de julio en Materiales avanzados , podría conducir a biosensores más baratos, más rápidos y portátiles para la detección temprana de marcadores genéticos de enfermedades como el cáncer.
Un SNP es el cambio en una única base de nucleótidos A, C, G o T en la secuencia de ADN. Es el tipo más común de mutación genética. Si bien la mayoría de los SNP no tienen un efecto perceptible en la salud, algunos están asociados conmayor riesgo de desarrollar afecciones patológicas como cáncer, diabetes, enfermedades cardíacas, trastornos neurodegenerativos, enfermedades autoinmunes e inflamatorias.
Los métodos de detección SNP tradicionales tienen varias limitaciones: tienen una sensibilidad y especificidad relativamente pobres; requieren amplificación para obtener múltiples copias para la detección; requieren el uso de instrumentos voluminosos; y no pueden funcionar de forma inalámbrica.
El nuevo biosensor de ADN desarrollado por el equipo dirigido por UC San Diego es un chip inalámbrico que es más pequeño que una uña y puede detectar un SNP que está presente en concentraciones picomolares en solución.
"La detección eléctrica de ADN basada en chips miniaturizados podría permitir la detección en el campo y bajo demanda de secuencias de ADN y polimorfismos específicos para el diagnóstico oportuno o el pronóstico de crisis de salud pendientes, incluidas las epidemias de infección viral y bacteriana", dijo Ratnesh Lal, profesor de bioingeniería, ingeniería mecánica y ciencia de materiales en la Escuela de Ingeniería de la Universidad de California San Diego Jacobs.
El chip captura esencialmente una cadena de ADN que contiene una mutación SNP específica y luego produce una señal eléctrica que se envía de forma inalámbrica a un dispositivo móvil. Consiste en un transistor de efecto de campo de grafeno con una pieza especialmente diseñada de ADN de doble cadena unida alsuperficie. Este pedazo de ADN está doblado cerca del centro y tiene la forma de un par de pinzas. Un lado de estos llamados "pinzas de ADN" codifica para un SNP específico. Cada vez que una cadena de ADN con ese SNP se acerca, se une a eselado de las pinzas de ADN, abriéndolas y creando un cambio en la corriente eléctrica que es detectada por el transistor de efecto de campo de grafeno.
El proyecto está dirigido por Lal e involucra equipos en el Instituto de Ingeniería en Medicina de la Universidad de California en San Diego, la Academia de Ciencias de China en China, la Universidad de Pennsylvania, el Instituto Max Planck de Química Biofísica en Alemania y la Universidad Agrícola de Mongolia Interior en China.
desplazamiento de la cadena de ADN
Lo que impulsa esta tecnología es un proceso molecular llamado desplazamiento de la cadena de ADN, cuando una doble hélice de ADN intercambia una de sus cadenas por una nueva cadena complementaria. En este caso, las pinzas de ADN intercambian sus cadenas por una con un SNP particular.
Esto es posible debido a la forma particular en que se diseñan las pinzas de ADN. Una de las cadenas es una cadena "normal" que está unida al transistor de grafeno y contiene la secuencia complementaria para un SNP específico. La otra es un "débil""cadena en la que algunos de los nucleótidos se reemplazan con una molécula diferente para debilitar sus enlaces con la cadena normal. Una cadena que contiene el SNP puede unirse más fuertemente a la cadena normal y desplazar la cadena débil. Esto deja las pinzas de ADNcon una carga eléctrica neta que el transistor de grafeno puede detectar fácilmente.
Nuevo y mejorado chip de detección SNP
Este trabajo se basa en el primer chip de detección de SNP electrónico sin etiqueta ni amplificación que el equipo de Lal desarrolló previamente en colaboración con Gennadi Glinksy, científico investigador del Instituto de Ingeniería en Medicina de UC San Diego, y otros investigadores de UC San Diego.El nuevo chip ha agregado capacidad inalámbrica y es al menos 1,000 veces más sensible que su predecesor.
Lo que hace que el nuevo chip sea tan sensible es el diseño de las pinzas de ADN. Cuando la hebra que contiene SNP se une, abre las pinzas de ADN, cambiando su geometría para que se vuelvan casi paralelas a la superficie del grafeno. Esto traela carga eléctrica neta del ADN cerca de la superficie del grafeno, dando una señal más grande. Por el contrario, la sonda de ADN incorporada en el chip anterior tiene una estructura que no se puede acercar a la superficie del grafeno, por lo que genera una señal más débil al unirseuna cadena que contiene SNP.
Los próximos pasos incluyen el diseño de chips de matriz para detectar hasta cientos de miles de SNP en una sola prueba. Los estudios futuros incluirán la prueba del chip en sangre y otras muestras de fluidos corporales tomadas de animales o humanos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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