Разработка ДНК-ловушки открывает путь к персонализированной медицине

Секвенирование пар оснований ДНК — ключевой элемент для исследователей, работающих над персонализированной медициной. Возможность изолировать и изучать эти молекулы позволила бы адаптировать диагностику и лечение под индивидуальный генетический профиль пациента.

Однако изоляция отдельных молекул, таких как пары оснований ДНК размером всего 2 нанометра, является чрезвычайно дорогой и сложной задачей. Особенно трудно удерживать молекулы ДНК в их естественной водной среде. Ученые десятилетиями пытались изолировать их, пропуская через нанопору размером с ДНК, что технически сложно.

Команда исследователей из Йельского университета доказала, что изолировать отдельные заряженные частицы, подобные молекулам ДНК, возможно с помощью метода ловушки Пола. Этот метод использует осциллирующие электрические поля для удержания частиц в пространстве нанометрового размера. Ранее ловушки Пола применялись только для частиц в вакууме, но команда Йеля смогла удержать заряженную тестовую частицу (полистирольную сферу) с точностью до 10 нанометров в водном растворе между четырьмя микроэлектродами.

Их устройство, которое можно разместить на одном чипе, просто и недорого в производстве. «Врачи смогут взять крошечную каплю крови пациента и провести диагностические тесты прямо в кабинете, вместо того чтобы отправлять образцы в лабораторию, где анализ занимает дни и стоит дорого», — пояснил Вэйхуа Гуань, руководивший проектом.

Помимо диагностики, такая «лаборатория на чипе» имеет широкий спектр применений, например, для анализа реакции отдельных клеток на различные стимулы. В отличие от других методов, таких как оптические пинцеты, подход команды Йеля работает тем лучше, чем меньше размер целевых частиц.

В своем исследовании, опубликованном 23 мая в Proceedings of the National Academy of Sciences, команда использовала заряженные полистирольные сферы и двумерную ловушку, чтобы доказать работоспособность метода. Следующим шагом станет создание 3D-ловушки с использованием настоящих молекул ДНК размером 2 нанометра. Ученые надеются разработать рабочую 3D-ловушку для ДНК в течение ближайшего года-двух. Проект финансируется программой Национальных институтов здоровья (NIH), целью которой является секвенирование всего генома пациента дешевле $1000.

«Это будущее персонализированной медицины», — заявил Гуань.