Un nuovo strumento potrebbe facilmente rilevare marcatori di proteine ​​tumorali e virus

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I ricercatori hanno sviluppato un minuscolo biochip composto da blocchi di silicio che hanno il potenziale per condurre un rapido screening genetico di migliaia di molecole.

Secondo un rapporto di Science, questo strumento potrebbe identificare oltre 160.000 molecole distinte in un solo centimetro quadrato di spazio.

Questa tecnologia innovativa ha implicazioni in una vasta gamma di aree mediche, tra cui il rilevamento dei marcatori delle proteine ​​tumorali e la diagnostica clinica delle infezioni respiratorie.

La maggior parte dei sensori dei test genetici dipende dal monitoraggio dell'assorbimento o dell'emissione della luce da parte di molecole mirate progettate per legarsi al gene bersaglio.

Questi metodi utilizzano la reazione a catena della polimerasi per generare numerose copie del bersaglio prima di tentare di identificarlo, il che aumenta il costo e la durata del test.

Inoltre, i precedenti sensori di screening genetico non erano in grado di identificare un’ampia varietà di composti bersaglio e richiedevano l’etichettatura ottica per rilevare le sequenze bersaglio.

Gli autori della Stanford University hanno scritto nello studio: “Introduciamo una piattaforma di screening genetico senza etichetta basata su nanoantenne di silicio di alta qualità (alto Q) funzionalizzate con frammenti di acido nucleico”.

Per sviluppare questo strumento, gli scienziati hanno utilizzato una tecnologia di rilevamento ottico basata su metasuperfici costituite da piccole scatole di silicio. Questi minuscoli array di silicio misurano circa 500 nanometri di altezza, 600 nanometri di lunghezza e 160 nanometri di larghezza.

Le scatole di silicio possono focalizzare la luce nel vicino infrarosso sulla loro superficie superiore grazie alle nanoantenne. “Queste metasuperfici sono costituite da nanoantenne a lunghezza d’onda inferiore che confinano fortemente la luce nel campo vicino, offrendo allo stesso tempo un controllo preciso sulla diffusione del campo lontano”, spiega lo studio.

Secondo Science, questo approccio consente a un microscopio ottico di base di misurare lo spostamento della lunghezza d’onda della luce emanata da ciascun blocco di silicio, che varia a seconda delle molecole sulla parte superiore delle scatole.

Per mettere alla prova lo strumento, i ricercatori hanno attaccato 22 frammenti di geni a filamento singolo lunghi nucleotidi a scatole di silicio e hanno immerso l'array in una soluzione tampone.

Quando i filamenti di DNA complementari venivano introdotti nella soluzione, si univano immediatamente a quelli legati, spostando la lunghezza d'onda della luce emessa dalla superficie di ciascuna scatola.

Secondo l'autore, questo strumento può facilmente identificare 4000 copie di geni bersaglio per microlitro.

I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature Communications.

Estratto dello studio:

I metodi di analisi genetica sono fondamentali per il progresso della medicina personalizzata, per accelerare la diagnosi delle malattie e per monitorare la salute degli organismi e degli ecosistemi. Le attuali tecnologie degli acidi nucleici come la reazione a catena della polimerasi (PCR) e il sequenziamento di nuova generazione (NGS) si basano sull'amplificazione del campione e possono soffrire di inibizione. Qui, introduciamo una piattaforma di screening genetico senza etichetta basata su nanoantenne di silicio con fattore Q elevato funzionalizzate con frammenti di acido nucleico. Ciascuna nanoantenna ad alto Q presenta fattori medi di qualità di risonanza di 2.200 nel buffer fisiologico. Rileviamo quantitativamente due frammenti genici, l’involucro SARS-CoV-2 (E) e il frame di lettura aperto 1b (ORF1b), con elevata specificità tramite ibridazione del DNA. Abbiamo anche dimostrato la sensibilità femtomolare nel tampone e la sensibilità nanomolare negli eluati nasofaringei arricchiti entro 5 minuti. Le nanoantenne sono modellate a densità di 160.000 dispositivi per cm2, consentendo futuri lavori sul rilevamento altamente multiplexato. In combinazione con i progressi nell'elaborazione di campioni complessi, il nostro lavoro fornisce una base per analisi molecolari rapide, compatte e senza amplificazione.