Se empuja una mezcla de moléculas de ADN a través de un canal de nanofluidos. Las moléculas marcadas con una etiqueta fluorescente activan un campo eléctrico que las desvía hacia un lado. (Providex / Caighead Lab)
(Phys.org) - Los investigadores de nanotecnología de Cornell han ideado una nueva herramienta para estudiar los cambios epigenéticos en el ADN que pueden causar cáncer y otras enfermedades:un dispositivo fluídico a nanoescala que clasifica y recolecta ADN, una molécula a la vez.
La epigenética se refiere a cambios químicos en el ADN que no alteran el código genético real, pero puede influir en la expresión de genes y puede transmitirse cuando las células se reproducen. Uno de los más importantes es la metilación del ADN, donde los grupos metilo, pequeñas estructuras de carbono e hidrógeno, se agregan al ADN. Los biólogos estudian esto precipitando químicamente las moléculas metiladas, pero estos métodos requieren muestras grandes y, a menudo, dañan o desechan las moléculas que se supone deben encontrar. Los nanofluídicos ofrecen una forma de seleccionar moléculas individuales a partir de muestras diminutas y recolectarlas para su posterior estudio.
El nuevo dispositivo, desarrollado en el laboratorio de Harold Craighead, el profesor de ingeniería Charles W. Lake Jr., se describe en la edición temprana en línea del 21 de mayo de la procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .
El proceso comienza con una reacción bioquímica que une una etiqueta fluorescente a las moléculas de ADN metilado. Luego, la muestra se conduce a través de un canal de nanofluidos de unos 250 nanómetros de diámetro, tan pequeño que las moléculas de ADN pasan de una en una. Los láseres iluminan la corriente y provocan fluorescencia. Cuando pasa una molécula fluorescente, un detector activa un campo eléctrico pulsado que empuja la molécula hacia un lado justo antes de que el canal se divida en una Y. Las moléculas metiladas descienden por una rama, todo lo demás por el otro.
"La identidad de color se convierte en un código de barras de cómo se tratan las moléculas, "explicó Ben Cipriany, Doctor. '12, investigador principal del proyecto, trazando una analogía con los métodos utilizados por la oficina de correos para clasificar paquetes en una cinta transportadora. "Con el tiempo, podríamos utilizar varios colores, cada uno representa una característica epigenética diferente, "añadió.
El dispositivo reacciona con tanta rapidez que puede clasificar más de 500 moléculas por minuto, dijeron los investigadores. La clasificación fluorescente no es nueva, ellos notaron, pero anteriormente se ha hecho solo con materiales más grandes, como nanopartículas o células.
"Hemos creado una versión miniaturizada que clasifica moléculas individuales y funciona con una cantidad muy pequeña de material de entrada, "Dijo Cipriany.
Para probar su método, Los investigadores observaron fluorescencia en cada brazo de la Y. También recolectaron la pequeña muestra de moléculas que habían sido clasificadas como metiladas, lo amplificó utilizando el método de PCR (reacción en cadena polimerizada) familiar para los químicos orgánicos y analizó la muestra resultante. Los falsos positivos se limitaron a alrededor del 1-2 por ciento, que se compara favorablemente con otros métodos de clasificación, ellos dijeron.
La salida clasificada podría dirigirse a un sistema de microfluidos adicional para la secuenciación automática de genes, sugirieron los investigadores. El método también podría adaptarse a otras tareas de separación de moléculas, ellos agregaron.
La investigación fue apoyada por los Institutos Nacionales de Salud, Centro Cornell de Genética de Invertebrados y el Instituto Nacional del Cáncer. La nanofabicación se realizó en las instalaciones de ciencia y tecnología de Cornell NanoScale, financiado por la National Science Foundation.
Cipriany, quien inició esta investigación como parte de su Ph.D. estudios en Cornell, se encuentra ahora en el Centro de Investigación y Desarrollo de Semiconductores de IBM en Hopewell Junction, NUEVA YORK.
