Наностеклянная пора вытягивает ДНК, как спагетти через иголку

Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде разработали метод, упрощающий обнаружение и захват ДНК из жидких образцов, например крови, с помощью крошечной стеклянной трубки и электрического тока. Техника, описанная в журнале Nanoscale, может в будущем улучшить диагностику рака.

Проблема и решение

Извлечение ДНК из отдельной клетки — трудоёмкий процесс. В образцах крови присутствует свободно плавающая внеклеточная ДНК, но её концентрация мала, так как макрофаги разрушают этот "клеточный мусор". Большинство методов захвата требуют дорогостоящего предварительного концентрирования и флуоресцентных красителей.

Новый подход использует электрический заряд для направления образца ДНК прямо в стеклянную трубку с отверстием — нанопорой диаметром 20 нанометров. Это немного больше молекулы ДНК, но слишком мало для прохождения клеток.

Принцип работы

• Внутрь трубки помещается положительный электрод.
• Нанопора погружается в сосуд с образцом ДНК и отрицательным электродом.
• При подаче электрического потенциала внеклеточная ДНК движется в пору и блокирует её.
• Изменение электрического тока при прохождении ДНК позволяет её детектировать.

"Это похоже на попытку протащить спагетти через игольное ушко", — пояснил ведущий автор Кевин Фридман. — "Чтобы пройти через пору, молекула должна быть почти идеально линейной".

Ключевое открытие

Исследователи обнаружили, что ДНК накапливается на границе раздела жидкость-воздух. Чем ближе к поверхности жидкости удерживается пора, тем больше ДНК она захватывает. Этот эффект концентрирования ДНК у поверхности и более высокое отношение сигнал/шум делают метод особенно эффективным.

Перспективы

Доработанная чисто электрическая методика может помочь в диагностике некоторых видов рака по одному образцу крови. Помимо ДНК, растущие опухоли выбрасывают в кровоток везикулы — миниатюрные липидные капли, идентичные исходным раковым клеткам, которые также можно обнаружить с помощью нанопорового зондирования. Эта система имеет потенциал для использования в качестве диагностического теста у постели больного (point-of-care).