Oprettet en dyse på en smartphone til molekylær diagnostik • Yuliya Kondratenko • Videnskabsnyheder om "Elements" • Bioteknologi, medicin, molekylærbiologi

Opret dyse til smartphone til molekylær diagnostik

Fig. 1. Ordningen i det molekylære diagnostiske system "border = 0>

Fig. 1. Ordningen i det molekylære diagnostiske system ved hjælp af en smartphone. En – Diagnostik: Du skal først forberede en prøve af vævet (fx blod); Marker derefter målet med specielle bolde ved hjælp af antistoffer. Fjern derefter diffraktionsmønstret og send det til serveren for analyse. den – dyser til enheden. C – interaktionen mellem smartphone og serveren Billede fra artiklen i diskussionPNAS

Vores smartphones er mere magtfulde end computere, der blev brugt ved lanceringen af ​​Apollo-missioner. Men hvad er mere bemærkelsesværdigt, deres muligheder er bredere. Allerede oprettet specielle dyser, der tillader brugen af ​​smartphones til mikroskopi og endda til at diagnosticere øjensygdomme. Nu Amerikanske forskere har udviklet et tip, og et program for smartphone til at gøre det til en slags minilab for ultrahurtige molekylær diagnostik.

I biologi findes der metoder, der gør det muligt at få meget vigtige data (for eksempel at give en patient mulighed for at lave en diagnose), men de er enkle i naturen.En af disse metoder er molekylærdiagnose ved anvendelse af antistoffer ved hjælp af deres evne til at genkende bestemte typer af molekyler godt. Antistofferne er mærket, så de er lette at se (for eksempel er fluorescerende molekyler knyttet til dem). Derefter tilsættes sådanne antistoffer til prøven, venter på, at binding finder sted, og vask af overskydende antistoffer. Som følge heraf kan man ved fluorescens af antistofferne bundet til prøven se, hvor molekylerne af interesse er placeret.

En modifikation af denne metode er at fange målmolekyler fra en prøve ved anvendelse af antistoffer som agn. For at gøre dette skal du bruge relativt store bolde, belagt med antistoffer til det, vi er interesserede i. Bolde skal tilføjes til prøven, vent indtil deres mål holder fast i antistofferne, og fjern derefter kulerne og med dem målmolekylerne.

Forskere har formået at tilpasse en lignende metode til ultrafast diagnostik, som nu kan udføres ved hjælp af en almindelig smartphone. For at omdanne en smartphone til et diagnostisk laboratorium skal enheden være udstyret med en speciel dyse, der har et prøverum og en lyskilde, samt et program,som sender data til analyse til serveren, og demonstrerer derefter resultaterne af molekylær forskning til brugeren (figur 1).

Ved hjælp af denne enhed vil det være muligt at kontrollere tilstedeværelsen af ​​visse molekyler på overfladen af ​​prøvecellerne (for eksempel blod). Til cellerne skal du tilføje kugler med antistoffer mod de molekyler af interesse for os (sådanne bolde kan købes som alle andre laboratoriereagenser). Kameraet på smarttelefonen bruges til at opfange diffraktionsmønsteret, som dannes af spredningsstråler på en blanding af kugler og celler under undersøgelse. Billedet sendes til en server, som genopretter arrangementet af celler og bolde fra diffraktionsmønsteret (figur 2). Jo flere bolde stikker til en bestemt celle – jo mere målmolekyler på overfladen.

Fig. 2. Et eksempel på diagnosystemet. Øverste række – kuglerne blev ikke fastgjort til buret nederste række – boldene sidder fast i cellen (størrelsen af ​​bolde – 7 mikron). Diffraktionsmønstre alene er ikke nok til korrekt genkendelse, algoritmen bruger også data om gennemsigtighed (Transmittans) og faseforskydning (fase) af objekter – ifølge disse parametre er kuglerne stærkt modsat de studerede celler. Billede fra artiklen i diskussion PNAS

Nu kender vi mange molekyler markører af maligne celler, og hvis vi bruger bolde med antistoffer mod sådanne molekyler, kan vi afgøre, om der er maligne celler i prøven. Du kan identificere andre celler med specifikke molekyler på overfladen (for eksempel kan du finde forskellige typer af celler i immunsystemet på denne måde). Til analyse kan du samtidig bruge flere typer perler, der bærer forskellige antistoffer, og finde celler med et bestemt sæt markører i et sådant eksperiment. I dette tilfælde er det nødvendigt at bruge bolde i forskellige størrelser eller lavet af forskellige materialer, således at bolde med forskellige antistoffer kan skelnes fra hinanden.

Forskere var overbeviste om, at forholdene mellem de bolde, der binder til cellerne, falder sammen med forholdet mellem målmolekylernes udtryk – det vil sige ved hjælp af en smartphone, vil det være muligt at udføre ikke kun kvalitative, men også kvantitative molekylære analyser. For at teste deres system i praksis analyserede forskere vævsprøver fra 25 patienter med livmoderhalscancer, der brugte det. For at kontrollere prøverne blev undersøgt og traditionelle histologiske metoder.Prøver blev opdelt i kategorier afhængigt af sygdommens sværhedsgrad (høj risiko, lav risiko, godartet tumor), og for de to metoder, det klassiske og det nye, sammenfaldte karakteristikaene for prøverne. Samtidig krævede analysen ved hjælp af et nyt system til en smartphone ikke kun dyrt udstyr og komplekse manipulationer, men gav også resultater meget hurtigt. Hele proceduren, herunder prøveforberedelse og dataanalyse, tager 45 minutter. En anden fordel ved det nye system er en stor synsvinkel. Tusinder af celler placeres i et visuelt felt af en smartphones kamera, og de kan analyseres samtidigt. Når det diagnosticeres med mikroskopi, er det muligt samtidig at studere meget mindre antal celler.

Forskere har også fundet ud af, hvordan deres system kan bruges til DNA analyse. For at kontrollere om der er et specifikt DNA i prøven (for eksempel virus-DNA), skal du bruge to typer bolde med enkeltstrengede DNA-fragmenter, der er knyttet til målsekvensen. For det første høstes mål-DNA fra prøven under anvendelse af bolte af samme type. Så tilføjes bolde af en anden type til dem.Hvis der var molekyler i prøven med enderne svarende til sekvenser på to forskellige bolde, så ved udgangen får vi kugledimere forbundet med molekyler af det indfangede DNA. Sådanne dimere danner et karakteristisk diffraktionsmønster, og hvis vi ser det, er der et mål-DNA i prøven (figur 3). Denne metode var i stand til at detektere attomoli (10-18 mol) mål-DNA, og dette er uden PCR-amplifikation. En sådan følsomhed er sammenlignelig med følsomheden af ​​de mest nøjagtige DNA testmetoder (teoretisk set kan man ved hjælp af PCR detektere en enkelt kopi af DNA i en prøve. I praksis er følsomheden af ​​metoden en eller to størrelsesordener lavere – det vil sige 10-22-10-21 mol DNA).

Fig. 3. Søg efter mål-DNA i prøven. To typer af bolde med vedhæftede enkeltstrengede DNA-fragmenter anvendes, for hvilke målmolekylet kan trækkes ud af prøven. Dimerne af perlerne, der fangede målmolekylet, giver et karakteristisk diffraktionsmønster, hvormed man kan bestemme tilstedeværelsen af ​​mål-DNA-molekylerne i prøven. Billede fra yderligere materialer til den diskuterede artikel i PNAS

Forfatterne af det nye molekylære diagnostiske system mener, at da smartphones spredes så hurtigt, skal de opfinde så mange nyttige applikationer som muligt.Selvfølgelig er det nødvendigt at bruge deres system, specielle reagenser og visse færdigheder i laboratoriearbejde, så det er usandsynligt, at man i nær fremtid kan engagere sig i molekylære analyser. Ikke desto mindre er det nye diagnosystem sandsynligvis et af de enkleste, hurtigste, billigste og samtidig operativsystemer, man kan forestille sig. Så det vil helt sikkert finde sin brug.

Kilde: Hyungsoon Im et al. Digital diffraktionsanalyse muliggør billig molekylær diagnostik på en smartphone // PNAS. 2015. V. 112. Nej. 18. s. 5613-5618. Doi: 10.1073 / pnas.1501815112.

Yulia Kondratenko


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: