Senzorul cuantic revoluționează detectarea biomarkerilor de cancer din sânge la niveluri extrem de scăzute

„Senzorul nostru combină nanostructuri din ADN cu puncte cuantice și tehnologia de editare genetică CRISPR pentru a detecta semnale slabe ale biomarkerilor, folosind o metodă bazată pe lumină cunoscută sub numele de generație de armonică secundară (SHG),” a explicat Han Zhang, PhD, profesor distins și director al Colegiului de Fizică și Inginerie Optoelectronică de la Universitatea din Shenzhen. „Dacă va fi reușit, acest demers ar putea simplifica tratamentele pentru diverse boli, îmbunătățind potențial ratele de supraviețuire și reducând costurile generale de sănătate.”

Senzorii sunt construiți dintr-un strat plat de disulfid de molibden, un material semiconductor ideal pentru a susține SHG – un fenomen optic ce reduce la jumătate lungimea de undă a luminii incidente. Folosind nanostructuri de ADN sub formă de piramide, oamenii de știință au ancorat puncte cuantice în locații precise pe suprafața senzorului, intensificând astfel semnalul SHG produs.

Cu ajutorul CRISPR, senzorul poate fi programat să recunoască orice țintă dorită. Când proteina Cas12a recunoaște ținta, aceasta taie structurile de ADN care mențin punctele cuantice la locul lor, reducând semnalul SHG. Datorită nivelurilor minime de zgomot de fond obținute cu această configurație, senzorul poate detecta cu acuratețe concentrații foarte scăzute ale biomarkerului țintă.

„În loc să vedem ADN-ul doar ca pe o substanță biologică, îl utilizăm ca pe blocuri de construcție programabile, permițându-ne să asamblăm componentele senzorului nostru cu o precizie la nivel de nanometri,” a adăugat Zhang. „Combinând detectarea optică neliniară, care reduce eficient zgomotul de fond, cu un design fără amplificare, metoda noastră oferă un echilibru distinct între viteză și precizie.”

Spre deosebire de metodele convenționale de detectare, care necesită amplificarea țintei de ADN sau ARN pentru a obține un semnal suficient de puternic, acești senzori cuantici pot detecta direct ținta chiar și la concentrații ultra-scăzute. Prin urmare, această tehnologie ar putea face fluxurile de lucru mult mai rapide și mai accesibile, evitând totodată potențialele erori introduse de fluxurile de lucru complexe de amplificare.

Zhang și colegii săi și-au testat designul senzorului programându-l să detecteze miRNA-21, un microARN biomarker asociat cu creșterea și metastazarea cancerului pulmonar. În probele de ser obținute de la pacienții cu cancer pulmonar, senzorul cuantic a reușit să identifice prezența biomarkerului țintă.

„Senzorul a funcționat excepțional de bine, demonstrând că integrarea opticilor, nanomaterialelor și biologiei poate fi o strategie eficientă pentru optimizarea unui dispozitiv,” a concluzionat Zhang. „Senzorul a fost, de asemenea, foarte specific – ignorând alte molecule care nu erau ținte.”

Sursa: Inside Precision Medicine