Vedci z Massachusettského technologického inštitútu (MIT) vyvinuli prelomový elektrochemický DNA senzor. Ten umožňuje diagnostiku závažných ochorení, ako sú rakovina či HIV, priamo z pohodlia domova a za cenu nižšiu ako jeden dolár.

Tento jednorazový senzor, využívajúci technológiu CRISPR, je odolný, nevyžaduje chladenie a dokáže fungovať aj v extrémnych podmienkach, čím otvára nové možnosti pre zdravotnú starostlivosť v odľahlých oblastiach. Výsledky štúdie boli publikované 30. júna v časopise ACS Sensors.

Technológia CRISPR mení diagnostiku

Srdcom senzora je enzým Cas12, odvodený zo systému na editáciu génov CRISPR, ktorý funguje ako „kosačka na DNA“. Keď senzor zachytí cieľový genetický materiál, napríklad gén spojený s rakovinou prostaty (PCA3) alebo vírusmi ako HIV či HPV, enzým sa aktivuje a rozrezáva okolité DNA na elektróde senzora. Tento proces mení elektrický signál, ktorý je následne detegovaný prenosným zariadením nazývaným potenciostat, čím sa potvrdí prítomnosť ochorenia.

„Ak je Cas12 zapnutý, je to ako kosačka na trávu, ktorá odreže všetku DNA na tvojej elektróde a tým vypne tvoj signál,“ vysvetlila Ariel Furst, profesorka chemického inžinierstva na MIT a hlavná autorka štúdie. Senzor je skonštruovaný z tenkého pásika zlatého plátu, potiahnutého DNA a laminovaného na plast, pričom DNA je ukotvená pomocou molekuly na báze síry, nazývanej tiol.

Technológia, prvýkrát predstavená v roku 2021, bola pôvodne obmedzená rýchlou degradáciou DNA povlaku, ktorý si vyžadoval čerstvú aplikáciu a chladenie. To značne obmedzovalo jej praktické využitie mimo laboratórií.

MIT

Prelom v stabilite senzora

Vedci z MIT tento problém vyriešili použitím jednoduchého polymérneho povlaku z polyvinylalkoholu (PVA). Tento lacný materiál vytvára ochrannú vrstvu, ktorá chráni DNA pred poškodením, ako sú reaktívne kyslíkové druhy, a zároveň zabraňuje odlupovaniu DNA od elektródy. „Po vysušení sa zdá, že vytvára veľmi silnú bariéru proti hlavným veciam, ktoré môžu poškodiť DNA, ako sú reaktívne formy kyslíka, ktoré môžu buď poškodiť samotnú DNA, alebo prerušiť tiolovú väzbu so zlatom a odstrániť DNA z elektródy,“ uviedla Furst.

Tento povlak umožňuje senzoru zostať funkčným najmenej dva mesiace, a to aj pri teplotách až 65 °C.  Senzor je navyše všestranný a funguje s rôznymi typmi vzoriek, ako sú sliny či nosové výtery, čo ho robí ideálnym na detekciu rôznych ochorení vrátane infekčných chorôb.

Midjourney/Úprava redakcie

Cesta k masovému využitiu

Senzor, ktorého výrobné náklady dosahujú iba 50 centov, predstavuje cenovo dostupné riešenie pre diagnostiku v prostrediach s obmedzenými zdrojmi. „Zameriavame sa na diagnostiku, ku ktorej má veľa ľudí obmedzený prístup, a naším cieľom je vytvoriť senzor na mieste použitia. Ľudia by na jeho používanie nemuseli byť ani v klinike. Mohli by to robiť doma,“ zdôraznila Furst.

Flexibilita platformy umožňuje jej prispôsobenie na detekciu nových patogénov, čím sa stáva univerzálnym nástrojom pre budúcnosť medicíny.

Tím z Furstovej laboratória sa pripojil k akcelerátoru startupov MIT delta v, aby urýchlil komercializáciu senzora. „Naším cieľom je pokračovať v testovaní vzoriek pacientov proti rôznym chorobám v reálnych podmienkach,“ doplnila Fürst.

„Naším obmedzením predtým bolo, že sme si museli senzory vyrábať na mieste, ale teraz, keď ich vieme chrániť, ich môžeme prepravovať. Nemusíme používať chladenie. To nám umožňuje prístup k oveľa drsnejším alebo neideálnejším prostrediam na testovanie,“ uzavrela výskumníčka.

Čítajte viac z kategórie: Novinky