Вычислительные ДНК-капли для ранней диагностики заболеваний
Ученые из Токийского технологического института под руководством профессора Масахиро Такиноуэ разработали вычислительные ДНК-капли, способные распознавать специфические комбинации микроРНК (miRNAs), которые являются биомаркерами опухолей.
Принцип работы:
- Исследователи создали три типа Y-образных ДНК-наноструктур (Y-мотивы A, B и C), образующих капли A, B и C.
- Для соединения разных капель использовались специальные "линкерные" молекулы (AB и AC линкеры).
- В качестве молекулярного ввода использовались синтетические miRNAs. Физическое фазовое разделение ДНК-капель служило логическим выводом.
Результаты экспериментов:
- В смеси AB-капель была успешно продемонстрирована логическая операция "И" (AND): фазовое разделение происходило только при одновременном присутствии двух входных ДНК (1,1).
- Операция "И" была успешно применена в смеси AC-капель с использованием биомаркеров рака груди miRNA-1 и miRNA-2 в качестве входных данных.
- В смеси AB также были продемонстрированы одновременные операции "И" и "НЕ" (NOT) с биомаркерами miRNA-3 и miRNA-4.
- Создание ABC-смеси капель и введение всех четырех биомаркеров позволило управлять фазовым разделением (двухфазным или трехфазным) через расщепление линкеров. Это свойство позволяет детектировать набор известных онкомаркеров или маркеров трех заболеваний одновременно.
Перспективы:
По словам профессора Такиноуэ, такие ДНК-капли, способные интегрировать и обрабатывать множественные входные и выходные данные, могут найти применение в ранней диагностике заболеваний и системах доставки лекарств. Исследование также открывает путь к разработке интеллектуальных искусственных клеток и молекулярных роботов.
Результаты опубликованы в журнале Advanced Functional Materials.