Las nanopinzas optotérmicas, una innovadora técnica de manipulación óptica de la última década, han revolucionado la manipulación óptica clásica al capturar de manera eficiente un espectro más amplio de nanopartículas. Si bien esta técnica se ha utilizado principalmente para la manipulación in situ de nanopartículas, su potencial para identificar bionanopartículas sigue en gran medida inexplorado.
En este documento, basándose en los efectos sinérgicos de la manipulación optotérmica y la biodetección basada en CRIPSR, los autores desarrollaron nanopinzas optotérmicas con tecnología CRISPR (CRONT). Específicamente, al aprovechar la difusioforesis y los flujos termoosmóticos cerca del sustrato tras la excitación optotérmica, los autores capturaron y enriquecieron con éxito bionanopartículas, incluidas nanopartículas de oro, proteínas asociadas a CRISPR y moléculas de ADN.
En una publicación reciente publicada en Light:Science &Applications , un equipo de científicos dirigido por el profesor Jiajie Chen, Zhi Chen, Zhang Han y Yonghong Shao de la Universidad de Shenzhen, junto con sus colaboradores, el profesor Ho-Pui Ho de la Universidad China de Hong Kong, han ideado un enfoque optotérmico para mejorar la tecnología basada en CRISPR. Detección de polimorfismo de un solo nucleótido (SNP) para alcanzar el nivel de una sola molécula.
Además, han introducido una novedosa metodología CRISPR para observar la escisión de nucleótidos. Además, este enfoque innovador ha dotado a las pinzas ópticas de una capacidad de identificación de ADN en solución acuosa, algo que antes era inalcanzable. Dada su notable especificidad y viabilidad para la manipulación e identificación in situ de bionanopartículas, está preparado para convertirse en una herramienta universal en el diagnóstico en el lugar de atención, la biofotónica y la bionanotecnología.
El CRONT se puede ajustar de manera exquisita para manipular bionanopartículas y cumplir con las condiciones de trabajo de la identificación de bionanopartículas objetivo basada en CRISPR. Específicamente, al incorporar fuerza difusioforética inducida por optotermia, los autores han manipulado con éxito bionanopartículas, incluidas ssDNA, dsDNA, BSA, proteína Cas12a y nanopartículas de oro funcionalizadas con ADN.
Al incorporar un enfoque de biodetección de ADN basado en CRISPR, en el que se interroga la escisión de un único conjugado de nanopartículas de ADN @ Gold atrapado, los autores convirtieron esta pinza optotérmica en una sonda molecular para las moléculas de ADN in situ (SARS-CoV-2 o Monkeypox) identificación sin amplificación de ácido nucleico y logró límites de detección de 25 aM para ssDNA y 250 aM para dsDNA.
Sorprendentemente, han demostrado que estas nanopinzas ofrecen identificación de polimorfismos de un solo nucleótido (SNP) en volúmenes de detección ultrabajos (10 μL), que desempeñan un papel crucial en la diversidad genética y están asociados con diversos rasgos fenotípicos, incluida la susceptibilidad a enfermedades y la respuesta a los medicamentos. Por lo tanto, esta innovación en las técnicas de detección de SNP es esencial para satisfacer las diversas demandas de la investigación genómica y las aplicaciones médicas en el futuro.
Estos autores resumieron el trabajo y las perspectivas de la CRONT de la siguiente manera:
"CRONT ha permitido la implementación inmediata de biodetección basada en CRISPR dentro de un volumen de detección ultrabajo. Las pinzas ópticas ahora están dotadas de capacidad de identificación de ADN a través del sistema de biodetección basado en CRISPR. Las propiedades de calentamiento localizado de CRONT han proporcionado no solo una vía para la biomolécula enriquecimiento sino también un ambiente térmico necesario para la escisión del complejo CRISPR."
"Un mayor desarrollo de este esquema de biodetección CRISPR basado en optotermia puede implicar la utilización de una serie de puntos de calentamiento láser para una detección paralela de alto rendimiento, lo que hace que la técnica sea más adecuada para la detección cuantitativa y reduce significativamente el tiempo de detección. CRONT también puede ser empleado para guiar el complejo CRIPSR/Cas hacia el ADN objetivo e iniciar el proceso de edición de genes. También permite a los investigadores monitorear el proceso de edición de genes en tiempo real a nivel de una sola molécula", agregaron.
"Anticipamos que estas nanosondas sin contacto contribuirán a una comprensión más profunda de varios procesos biológicos complejos, resaltando las similitudes ópticas, térmicas y biológicas a nivel de partícula única".
Más información: Jiajie Chen et al, Nanopinzas optotérmicas impulsadas por CRISPR:manipulación diversa de bionanopartículas e identificación de un solo nucleótido, Luz:ciencia y aplicaciones (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01326-9
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
