Fare luce sul DNA: un metodo di rilevamento rapido, ultrasensibile e senza PCR
Un nuovo sistema di rilevamento del DNA alimentato dalla luce consente analisi genetiche più accessibili e convenienti
Gli scienziati della Osaka Metropolitan University hanno sviluppato una tecnica di rilevamento del DNA indotta dalla luce, utilizzando particelle di sonde eterogenee, che consente di effettuare analisi genetiche ultra-sensibili e ultra-rapide senza bisogno di amplificazione PCR. Questo progresso apre la strada a un'analisi genetica più rapida, economica e precisa in medicina, scienze ambientali e diagnostica portatile.
La luce accelera l'ibridazione del DNA utilizzando nanoparticelle d'oro e microparticelle di polistirene come sonde per il rilevamento del DNA senza PCR.
Osaka Metropolitan University
Come mezzo per analizzare i cambiamenti nel DNA, i test genetici - che sono essenziali per la diagnosi di malattie infettive, l'individuazione di tumori in fase iniziale, la verifica della sicurezza alimentare e l'analisi del DNA ambientale - si sono a lungo affidati alla PCR (reazione a catena della polimerasi) come gold standard. Dopo la pandemia di COVID-19, il termine "PCR" è entrato a far parte del nostro vocabolario comune. Ma, come sanno coloro che li hanno sperimentati, i test PCR non sono né economici né veloci; in genere richiedono laboratori centralizzati, attrezzature ingombranti e personale appositamente formato.
"Il nostro metodo indotto dalla luce rileva il DNA senza bisogno della PCR", scrivono Shuichi Toyouchi, docente del progetto, il Prof. Shiho Tokonami, vicedirettore, e Takuya Iida, direttore dell'Osaka Metropolitan University's Research Institute for Light-induced Acceleration System (RILACS), autori principali dello studio.
A differenza della PCR, che amplifica le sequenze di DNA creando milioni di copie del DNA bersaglio da rilevare, questo metodo rileva direttamente il DNA concentrandolo e migliorando la specificità grazie a forti forze ottiche e all'effetto fototermico.
Il team ha sviluppato un sistema che utilizza particelle di sonde eterogenee, tra cui nanoparticelle d'oro e microparticelle di polistirene. Queste sonde sono brevi sequenze note di DNA progettate per ibridarsi, o legarsi, con sequenze complementari nel DNA bersaglio. Questo processo, noto come ibridazione del DNA, consente ai filamenti corrispondenti di legarsi, rendendo l'accoppiamento rilevabile attraverso la fluorescenza.
I ricercatori hanno quindi irradiato con luce laser la soluzione contenente il DNA bersaglio e le particelle della sonda. Quando le dimensioni delle particelle corrispondono alla lunghezza d'onda del laser, si verifica un fenomeno chiamato diffusione Mie, che genera forze ottiche che spostano le particelle e accelerano l'ibridazione del DNA. Le nanoparticelle d'oro assorbono la luce laser, creando calore localizzato, o effetto fototermico, per migliorare ulteriormente la specificità dell'ibridazione.
"Utilizzando solo circa cinque minuti di irradiazione di luce laser, il nostro metodo ha dimostrato un grande potenziale per la rilevazione accurata delle mutazioni con una sensibilità di un ordine di grandezza superiore a quella della PCR digitale", scrivono Toyouchi, Tokonami e Iida.
Eliminando la necessità dell'amplificazione PCR, questo metodo riduce i costi, semplifica i test e accelera i risultati, rendendo l'analisi genetica più accessibile nelle applicazioni della vita quotidiana, dalla sanità alla sicurezza alimentare, dalla conservazione dell'ambiente al monitoraggio della salute personale.
"Puntiamo ad applicare questa tecnologia senza PCR alla diagnostica del cancro ad alta sensibilità, alla ricerca quantistica sulle scienze della vita e persino ai test del DNA a casa o nell'ambiente", ha dichiarato Iida.
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