Команда вчених з Інституту біодизайну Університету штату Арізона та Дослідницького центру IBM імені Уотсона розробила прототип нового пристрою для високошвидкісного нанопорового секвенування ДНК, яке можна буде застосовувати у повсякденній роботі лікаря.

«Наша мета – створити дешевий, простий та потужний діагностичний пристрій для ДНК та протеїнів, який стоятиме в кабінеті кожного лікаря», - каже Стюарт Ліндсей (Stuart Lindsay), професор фізики ASU та директор інститутського Центру біофізики одиночних молекул.

Такі технології особливо актуальні в епоху персоналізованої медицини, коли інформація про ДНК пацієнта та білковий профіль може використовуватися для підбору індивідуального лікування хвороб..

Це технології, які повністю змінюють правила гри в медицині та фармації.. Секвенування геному у повсякденній клінічній практиці стає реальністю. Нове досягнення дозволяє зробити це лише за $1000 – досить скромну суму за мірками американської медицини.

У ході свого останнього дослідження вчені тестували мікроскопічний пристрій для зчитування ДНК, який у кілька тисяч разів менший за товщину людського волосся..

Пристрій досить чутливий, щоб розрізняти кожну хімічну основу у складі ДНК (позначаються буквами А, Т, Ц, Г) під час проходження молекули через головку, що зчитує..

Вчені, застосувавши розчини з окремими хімічними основами, довели правильність своєї концепції.. Пристрій давав чіткий сигнал при виявленні ДНК у розчині, навіть у наномолярних концентраціях. Це краще, ніж сучасні технології секвенування ДНК, які належать до так званого наступного покоління..

Пристрій для зчитування ДНК, запропонований вченими, є «сендвічом» з ультратонких (товщиною з атом) напівпровідникових шарів.. Вся складність у тому, щоб ці шари могли перетворювати хімічну інформацію ДНК на електричний сигнал приладу.

Вчені зробили цей «сендвіч» із двох металевих електродів, які розділені ізолюючим шаром завтовшки 2 нанометри (1 нм – це в 10 000 разів менше за товщину волосся людини). Для цього було застосовано технологію атомно-шарового осадження.. У «сендвічі» було зроблено отвір, через який мають проходити скановані молекули ДНК.

«Технологія, яку ми розробили, може бути лише першим кроком до побудови одномолекулярного пристрою, що секвенує, виробленого за звичайною технологією для комп'ютерних чіпів.. Попередні спроби створити тунельні сполуки для зчитування ДНК були побудовані по-іншому. Тоді було неможливо використати звичайні методи виробництва», - пояснює Ліндсей..

Коли через нанопору в пристрої, що зчитує, проходить молекула ДНК, виникає електричний пік, який унікальний для кожної хімічної основи (А, Т, Ц, Г) в ДНК.

Вчені розробили кілька модифікацій нової технології, що відрізняються в основному особливостями промислового виробництва. Крім того, для більш точної роботи пристрою ще потрібне калібрування.. І фінальним кроком роботи має стати зменшення розмірів нанопори, щоб крізь неї могла проходити лише одна молекула ДНК.

Але загалом дослідники майже закінчили розробку приладу, який зможе надійно працювати протягом кількох годин поспіль, ідентифікуючи хімічні основи ДНК пацієнтів, що проходить через 2-нанометровий отвір..

Вчені також обіцяють модифікувати технологію для зчитування інших одиночних молекул – наприклад, молекул лікарських речовин. Це дуже допоможе фармацевтичним компаніям розробки нових лікарських препаратів.

Останнє досягнення може привести ASU у світ великого бізнесу. Ліндсей вже говорить про створення нової компанії Recognition Analytix, яка розраховує повторити карколомний успіх Molecular Imaging Corp - високотехнологічної компанії, заснованої в 1993 році.

Роботи зі створення пристрою для нанопорового секвенування ДНК було профінансовано Національним інститутом здоров'я США та фармацевтичною компанією Roche.

Результати дослідження були опубліковані у журналі ACS Nano.

medbe. ru.