211service.com
DNS mikroshēma nodrošina pozitīvu ID
Pēdējos piecus gadus DNS mikroshēmas ir bijis spēcīgs pētniecības instruments, kas daudz sola turpmākai izmantošanai klīniskajos apstākļos. Šīs mazās silīcija vai stikla virsmas, kas pārklātas ar tūkstošiem DNS fragmentu, pētnieki izmanto, lai atklātu gēnus DNS paraugos. Taču joprojām nenotverams ir šīs tehnoloģijas svētais grāls — viena, pilnībā automatizēta rokas ierīce vai mikroshēmas laboratorija, kas var nekavējoties analizēt DNS no vienas matu šķipsnas vai asins piles.
Viens uzņēmums, kas ir spēris lielu soli šajā virzienā, ir Sandjego bāzētais Nanogen. Tās NanoChip pašlaik ir vienīgā tirgū pieejamā DNS mikroshēma, kas izmanto mikrofluidiku — šķidrumu novirzīšanu uz mikroshēmas virsmas — un elektronisko signalizāciju, lai precīzāk identificētu gēnu variantus un mutācijas. Tas var nodrošināt precīzāku patogēnu, mikroorganismu vai ģenētisku slimību apakštipu noteikšanu.
Satiec un sakrīt
Visas DNS mikroshēmas ir balstītas uz DNS raksturīgo īpašību: kad pazīstamā dubultspirāle tiek sadalīta uz pusēm, katrs DNS gabals mēģinās atjaunot savienojumu ar citu, komplementāru gabalu - procesu, ko sauc par hibridizāciju.
Parasto DNS mikroshēmu virsma, tāpat kā biočipu giganta Affymetrix ražoto, parasti ir pārklāta ar desmitiem tūkstošu DNS virkņu, ko sauc par zondēm. Tipiskā pielietojumā gēni no, piemēram, vēža audzēja, tiek marķēti ar fluorescējošu krāsu un uzklāti uz mikroshēmas virsmas. Tie, kas sakrīt, saistās ar zondēm, un pārējās tiek nomazgātas. Fluorescējošie marķieri, kas nolasīti ar skeneri, ļauj pētniekiem identificēt DNS sekvences, kas veido saistītos gēnus. Šis process var ilgt līdz trim stundām.
Tomēr daudzos gadījumos parauga gēna un tā atbilstības zondes saistīšanās var slēpt viena vai divu bāzes burtu (DNS celtniecības bloku) neatbilstību. Lielākajai daļai mērķu šī precizitātes pakāpe ir pietiekama, jo tā ļauj pētniekiem ar pārliecību identificēt gēnus vai gēnu ģimenes.
Bet, kad pētniekiem ir jāidentificē precīzs gēna variants, lai, piemēram, atšķirtu dažādus slimības apakštipus, viens vai divi burti var izskaidrot visu atšķirību.
Elektriskā plūsma
Nanogen cer, ka NanoChip apmierinās šo vajadzību. Tas ir vairāk specializēts nekā parastās DNS mikroshēmas, un tajā tiek izmantota mikrofluidika, elektronika un gudrs reversās inženierijas elements, lai iegūtu perfektu atbilstību.
Mikroshēmā virkne mikrofluidisko kanālu ved uz centrālo kodolu, kurā ir 99 testa vietas, no kurām katru var neatkarīgi kontrolēt ar elektrisko lādiņu. Lai gan standarta DNS mikroshēmas ir aprīkotas ar zondēm, NanoChip kasetne tiek piegādāta tukša, un tā ir jāpielāgo. Lai sagatavotu mikroshēmu, mikrofluidiskajos kanālos ievieto DNS zondes, un testa vietām, kurās tiks turētas zondes, tiek pielietots elektriskais lādiņš. Tā kā DNS satur raksturīgu negatīvu lādiņu, zondes tiek novilktas pa kanāliem uz vēlamajām vietām.
Elektriskais lādiņš arī paātrina hibridizācijas procesu, piesaistot gēnu paraugus līdz zondēm. Pēc hibridizācijas elektriskais lādiņš tiek mainīts. Paliek tikai perfekti saskaņoti paraugi, un izvade pēc tam tiek nolasīta pielāgotā darbvirsmas darbstacijā. Viss process aizņem apmēram 15 minūtes.
Līdz šim tas ir nodrošinājis 100 procentu precizitāti, saka Paolo Fortina, Filadelfijas Bērnu slimnīcas pētnieks, kurš ir izmantojis NanoChip gandrīz gadu, galvenokārt, lai apstiprinātu DNS sekvencēra rezultātus. Nesen viņš izmantoja NanoChip, pētot gēnu variantus un sirds un asinsvadu slimības.
Citas platformas
Eksperimentiem bagātajā jomā arī citi biotehnoloģiju uzņēmumi gūst panākumus, izmantojot savas pieejas DNS mikroshēmu uzbūvei.
Motorola eSensor grupa, ar kuru Nanogen nesen atrisināja patentu strīdu par molekulārās noteikšanas metodēm, plāno šoruden tirgū laist ar savu DNS mikroshēmu. Motorola mikroshēma izmanto elektroniku, nevis lai palielinātu ātrumu un precizitāti, bet lai identificētu hibridizētu DNS bez fluorescences. eSensor mikroshēmā ir zondes, kas marķētas ar elektronisku marķējumu. Kad notiek hibridizācija, mikroshēmai tiek pielikts spriegums, liekot hibridizētajām zondēm atbrīvot signālu.
HandyLab, Mičiganas Universitātes spinoff, strādā pie mikrofluīdu bāzes DNS mikroshēmas, kas, viņuprāt, tiks apstiprināta klīniskai lietošanai. Tāpat kā Nanogen, HandyLab izmanto elektroniskus signālus, lai manipulētu ar šķidrumiem. Taču tā vietā, lai izmantotu raksturīgo negatīvo lādiņu pašā DNS, HandyLab eksperimentē ar termisko pneimatiku — elektriski uzsilda nelielas gaisa kabatas, lai virzītu šķidrumu, pēc tam ķīmiski kontrolējot plūsmu. HandyLab prognozē sava produkta klīniskos izmēģinājumus 2003. gadā.
Prinstonā, Ņūdžersijas štatā Orchid Biosciences izstrādā biočipu platformu, kas sastāv no daudzpakāpju mikrofluidiskās shēmas, lai noteiktu gēnu variantus un mutācijas. Orchid cer iekļaut šo ļoti paralēlo platformu savā produktu līnijā līdz 2003. gadam.