Un equipo dirigido por la Universidad de California en San Diego ha desarrollado un chip que puede detectar un tipo de mutación genética conocida como polimorfismo de un solo nucleótido (SNP) y enviar los resultados en tiempo real a un teléfono inteligente. computadora, u otro dispositivo electrónico. El chip es al menos 1, 000 veces más sensible para detectar un SNP que la tecnología actual.

El avance, publicado el 9 de julio en Materiales avanzados , podría resultar más barato, biosensores más rápidos y portátiles para la detección temprana de marcadores genéticos de enfermedades como el cáncer.

Un SNP es el cambio en una base de un solo nucleótido (A, C, G o T) en la secuencia de ADN. Es el tipo más común de mutación genética. Si bien la mayoría de los SNP no tienen un efecto perceptible sobre la salud, algunos están asociados con un mayor riesgo de desarrollar afecciones patológicas como el cáncer, diabetes, enfermedad del corazón, trastornos neurodegenerativos, enfermedades autoinmunes e inflamatorias.

Los métodos tradicionales de detección de SNP tienen varias limitaciones:tienen una sensibilidad y especificidad relativamente bajas; requieren amplificación para obtener múltiples copias para su detección; requieren el uso de instrumentos voluminosos; y no pueden funcionar de forma inalámbrica.

El nuevo biosensor de ADN desarrollado por el equipo dirigido por UC San Diego es un chip inalámbrico que es más pequeño que una uña y puede detectar un SNP que está presente en concentraciones picomolares en solución.

"La detección eléctrica de ADN basada en chips miniaturizados podría permitir la detección en el campo y bajo demanda de secuencias y polimorfismos de ADN específicos para un diagnóstico o pronóstico oportuno de crisis de salud pendientes, incluidas las epidemias basadas en infecciones virales y bacterianas, "dijo Ratnesh Lal, profesor de bioingeniería, ingeniería mecánica y ciencia de los materiales en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego.

Básicamente, el chip captura una hebra de ADN que contiene una mutación de SNP específica y luego produce una señal eléctrica que se envía de forma inalámbrica a un dispositivo móvil. Consiste en un transistor de efecto de campo de grafeno con una pieza de ADN de doble hebra especialmente diseñada adherida a la superficie. Esta pieza de ADN está doblada cerca de la mitad y tiene la forma de un par de pinzas. Un lado de estas denominadas "pinzas de ADN" codifica un SNP específico. Siempre que se acerque una hebra de ADN con ese SNP, se une a ese lado de las pinzas de ADN, abriéndolos y creando un cambio en la corriente eléctrica que es detectado por el transistor de efecto de campo de grafeno.

El proyecto está liderado por Lal e involucra a equipos del Instituto de Ingeniería en Medicina de UC San Diego, Academia de Ciencias de China en China, Universidad de Pennsylvania, Instituto Max Planck de Química Biofísica en Alemania, y la Universidad Agrícola de Mongolia Interior en China.

Desplazamiento de la hebra de ADN

Lo que impulsa esta tecnología es un proceso molecular llamado desplazamiento de la hebra de ADN, cuando una doble hélice de ADN intercambia una de sus hebras por una nueva hebra complementaria. En este caso, las pinzas de ADN intercambian una de sus hebras por una con un SNP particular.

Esto es posible debido a la forma particular en que se diseñan las pinzas de ADN. Una de las hebras es una hebra "normal" que está unida al transistor de grafeno y contiene la secuencia complementaria de un SNP específico. La otra es una hebra "débil" en la que algunos de los nucleótidos se reemplazan con una molécula diferente para debilitar sus enlaces a la hebra normal. Una hebra que contiene el SNP puede unirse con más fuerza a la hebra normal y desplazar la hebra débil. Esto deja a las pinzas de ADN con una carga eléctrica neta que el transistor de grafeno puede detectar fácilmente.

Chip de detección SNP nuevo y mejorado

Este trabajo se basa en el primer chip de detección de SNP electrónico sin etiquetas ni amplificación que el equipo de Lal desarrolló previamente en colaboración con Gennadi Glinksy. un científico investigador en el Instituto de Ingeniería en Medicina de UC San Diego, y otros investigadores de UC San Diego. El nuevo chip tiene capacidad inalámbrica agregada y es al menos 1, 000 veces más sensible que su predecesor.

Lo que hace que el nuevo chip sea tan sensible es el diseño de las pinzas de ADN. Cuando la hebra que contiene SNP se une, abre las pinzas de ADN, cambiando su geometría para que se vuelvan casi paralelos a la superficie del grafeno. Esto acerca la carga eléctrica neta del ADN a la superficie del grafeno, dando una señal más grande. A diferencia de, la sonda de ADN incorporada en el chip anterior tiene una estructura que no se puede acercar a la superficie del grafeno, por lo que genera una señal más débil al unirse a una hebra que contiene SNP.

Los siguientes pasos incluyen el diseño de chips de matriz para detectar hasta cientos de miles de SNP en una sola prueba. Los estudios futuros incluirán probar el chip en sangre y otras muestras de fluidos corporales tomadas de animales o humanos.