مهندسی رشته‌های DNA که توسط ابزاری نانومتری به نام “نانوسویچ‌ها صورت می گیرد، می‌تواند کلید سریع‌تر، آسان‌تر، کم هزینه‌تر و حساس‌تر انجام تستِ توانایی تشخیص دقیق زیست‌نشانه‌ها (بیومارکرها) در خصوص بیماری‌ها، سویه‌های ویروسی و یا حتی تنوع ژنتیکی باشد، آن هم به ظرافت و دقتی در حد جهشی تک-ژنی!
دکتر وسلی وونگ می‌گوید: “یک کاربرد حیاتی در تحقیقات عملیِ بالینی، شناسایی بیومارکرها در بدن است که اطلاعات حیاتی‌ای را در مورد سلامت کنونی گزارش می‌دهند. با این حال، روشهای فعلی ارزان، آسان و یا بسیار حساس هستند، اما عموماً نه همه این‌ها.”
به همین دلیل وانگ و تیم او، تکنولوژی DNA خود را که همان فناوری نانوسویچ‌ها (که قبلا کاربرد‌شان در کمک به کشف داروهای نوترکیب و اندازه گیری مقادیر واکنش های شیمیایی نشان داده شده و به اثبات رسیده است) است، با پلتفورم یا سکویی به نام NLISA یا نانوسویچ مرتبط با جذاب کننده های سیستم ایمنی مطابقت داده‌اند. در نتیجه این تطابق، سرعت بیشتر و دقت بالاتر و عملکرد اختصاصی در تشخیص پروتئین هاست.
وانگ، نویسنده ارشد در این مقاله می‌گوید: “این کار با یک تیر دو یا چند نشان را زدن است!”، او در ادامه می‌گوید: “این تکنولوژی می تواند تبدیل به آزمایشگاه شده و درست مانند ارزیابی‌های مجزای سلامتی مقرون به صرفه و ساده همانند تست‌های خانگی بارداری عمل کند، با این تفاوت که این تکنولوژی چند سرو گردن از نمونه های امروزی خود پیشی خواهد گرفت”. وانگ پژوهشگر اصلی در برنامه بیمارستان کودکان بوستون در مرکز پزشکی سلول و مولکولی بوده و همچنین استادیار دانشکده پزشکی هاروارد و عضو هیئت علمی دانشکده در موسسه مهندسی زیست‌شناسی Wyss در دانشگاه هاروارد است.
پلت‌فرم NLISA از فرایندی به نام الکتروفورز ژل برای نشان دادن “واکنش دهنده” های DNA تک رشته ای ایجاد شده، استفاده می‌کند، که در حضور یک بیومارکر خاص تغییر شکل می‌دهند. آنها از رشته‌های خطی طولانی DNA، شروع می‌کنند، با پروتئین‌های همخوان (match) که به بیومارکرهای متناسب با پروتئین مورد نظر متصل هستند، مچ می شوند. هنگامی که در معرض این بیومارکرهای منطبق قرار گرفت، پروتئین ها به آن متصل می شوند و باعث می شود رشته DNA به صورت یک حلقه خم شود.
در ترکیب با الکتروفورز ژل، این تغییر شکل باعث می‌شود تا شناسایی بیومارکر های مستعد یا غیر مستعد بسیار آسان شود. در الکتروفورز ژل، یک میدان الکتریکی مولکول ها را از طریق یک ژل متخلخل جذب می کند. نانوسویچهای DNA خطی، از طریق منافذ موجود در ژل بسیار سریع تر حرکت می‌کنند، در حالی که حلقه‌های نانوسویچ به دلیل شکل نامتوازن خود باعث حرکت بسیار کند تر در داخل الکتروفروز ژل می شوند.
کلینتون هانسن، نویسنده ارشد مقاله می‌گوید: “به سادگی می توان گفت، فاصله هایی که نانوسویچ‌ها در درون ژل پشت سر می گذارند، نشان می دهد که آیا بیومارکر وجود دارد یا خیر؟”
به حرکت درآوردن ژل
به عنوان مثال، آنتی ژن پروستات خاص (PSA) را که نشانگر سرم خون مورد استفاده برای آزمایش مردان برای سرطان پروستات است را ببینید. برای نشان دادن سیستم NLISA، وانگ و تیم او نمونه های سرم خون را با سطوح مختلف PSA سرهم کردند. سپس با ترکیب واکنش‌های نانوسویچ برای PSA با نمونه های سرم، آنها الکتروفورز ژل را روی مخلوط انجام دادند. با این کار، این گروه قادر به تشخیص حضور PSA با حساسیت و دقت بیشتر در حجم کمتر در مقایسه با تست های مشابه شد.
علاوه بر این، در طی یک اثابت مفهومی دیگر، تیم وونگ نشان داد که پلت فرم NLISA خود می تواند گونه های بسیار متنوع ویروس تب دانگ را در ۴۵ دقیقه یا کمتر تشخیص داده و بین آنها تمییز قائل شود.
“با به حرکت درآوردن یک ژل، ما نانوسویچ را با میدان الکتریکی را تحریک می کنیم تا نتایج مثبت کاذب را با استفاده از فرآیندی به نام” اصلاح جنبشی، توضیح دهیم. اگر چه پروتئین های مشابه مانند پروتئین های موجود در سویه‌های مختلف ویروسی ، ممکن است ابتدا نانوسویچ ها را به حلقه ها تبدیل کنند، اما این پیوند های نزدیک و ناسازگار می توانند شکسته شوند و فقط نتایج واقعی مثبت را پشت سر بگذارند. این گزینه به ما اجازه می دهد که بین گونه های ویروسی که ممکن است تنها با یک جهش ژنی متفاوت باشد تمییز قائل شویم.”
سیستم NLISA دارای قابلیت بالقوه‌ای را برای تبدیل شدن به یک استاندارد برای تشخیص پروتئین است، وانگ پیشنهاد می کند که این طرح حتی می تواند به یک دستگاه دستی قابل حمل برای استفاده بالینی تبدیل شود.
