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DNAzymes, nanoparticles d'or et dépistage de la maladie : une entrevue avec M. Chan et Kyryl Zagorovsky, université de Toronto

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Pouvez-vous veuillez expliquer quels nanoparticles de DNAzymes et d'or sont ?

Les nanoparticles d'or sont les particules sphériques minuscules fabriquées à partir de des atomes d'or avec des tailles sur l'échelle de nanomètre. C'est environ 1.000 fois plus petite que l'épaisseur des cheveux.

Une caractéristique importante des nanoparticles d'or est qu'elles apparaissent très brillamment rouge en couleurs, leur effectuant les composantes optimales pour les analyses qui produisent des résultats qui peuvent être conçus par un oeil nu. Pour cette raison or des nanoparticles sont employés pour produire de la couleur rouge sur les bandes d'essai courantes de grossesse.

DNAzyme est une enzyme faite complet en ADN. DNAzyme a la capacité de fendre un autre brin d'ADN de « substrat » dans deux moitiés, agissant effectivement comme une paire de ciseaux moléculaires.

Un DNAzyme unique peut séquentiellement fendre les substrats multiples. Imaginez juste marcher autour avec une paire de ciseaux réellement minuscules et couper un brin d'ADN après des des autres.

Comment DNAzymes et nanoparticles d'or ont-ils été employés pour déterminer des maladies infectieuses ?

Une autre propriété des nanoparticles d'or est que s'ils sont groupés en masse compacte ensemble, qui met des nanoparticles dans la proximité proche de l'un l'autre, les champs électromagnétiques de différentes particules agissent l'un sur l'autre. Le résultat est le changement de la couleur de nanoparticle d'or de rouge au pourpre.

Pour notre test nous avons développé un réseau des nanoparticles d'or joints ensemble par les brins d'ADN multiples. Dans ce réseau les nanoparticles sont groupés, et semblent en masse compacte pour cette raison pourprés. Les ciseaux de DNAzyme ont pu alors être employés pour désassembler le réseau en coupant les tiges d'ADN retenant des nanoparticles ensemble.

À cet effet nous avons employé une variante modifiée de DNAzyme, qui devient seulement actif si le matériel génétique associé en présence d'un agent pathogène infectieux particulier est. Ce matériel génétique, ou objectif, peut essentiellement être considéré comme boulon retenant les deux pièces de ciseaux de DNAzyme ensemble.

DNAzyme activé a alors coupé les tiges d'ADN retenant des nanoparticles d'or ensemble, le réseau groupé en masse compacte est dispersé, et des spires de solution de nanoparticle rouges. Par conséquent, la couleur de la solution indique directement si l'agent pathogène est présent (les nanoparticles rouges et dispersés), ou absent (les nanoparticles pourprés et groupés en masse compacte).

Puisqu'un DNAzyme activé unique peut couper des tiges multiples d'ADN, une quantité inférieure d'objectif génétique est nécessaire pour disperser les nanoparticles. C'est l'opération d'amplification de signe qui améliore de manière significative la sensibilité du dépistage d'agent pathogène.

Comment ce test a-t-il été développé ?

La plate-forme de test a été développée en arrangeant un certain nombre de composantes moléculaires précédemment rapportées en configuration nouvelle. La technique d'assembler des nanoparticles d'or dans un réseau utilisant des brins d'ADN et d'employer le changement de couleur comme lecture a été frayée un chemin par le Tchad Mirkin à l'Université Northwestern.

Cependant, la mise en place originelle n'a compris aucune opération d'amplification de signe pour des capacités inférieures de dépistage. De même, DNAzymes qui obtiennent activés par le matériel génétique des agents pathogènes étaient rapporté précédemment, mais matériel cher exigé pour donner lecture les résultats.

Pour notre test nous avons adressé les deux limitations simultanément en combinant les deux composantes. DNAzyme fournit l'opération d'amplification de signe qui manquait dans l'analyse colorimétrique de nanoparticle d'or.

En même temps, l'introduction des nanoparticles d'or remplace le matériel cher par une lecture simple de couleur d'activité de DNAzyme. Le résultat était une analyse simple, sensible et rentable avec le potentiel d'être employé pour le contrôle de remarque-de-soins dans le monde en voie de développement.

Quelles maladies infectieuses ce test peut-il diagnostiquer ?

Par la molécule très simple de DNAzyme de réglages de séquence d'ADN peut être effectué pour répondre à n'importe quel matériel génétique. Par conséquent, n'importe quelle maladie pathogène peut potentiellement être trouvée utilisant notre approche. Dans la mise en place de vie réelle, cependant, l'utilisation d'analyse pourrait être limitée par la valeur et la facilité avec lesquelles le matériel génétique peut être extrait de l'agent pathogène particulier.

Notre test est actuel dans l'étape de développement, tellement davantage expériences devra être exécuté pour recenser mieux des possibilités d'application à différentes infections dans le réglage clinique. Jusqu'à présent, nous avons pu trouver les signatures génétiques du parasite malarique, bactéries entraînant les infections de gonorrhée et de syphilis, et le virus de la hépatite B.

Comment ce test diffère-t-il des tests plus traditionnels ?

Il y a deux types principaux de tests traditionnels pour le dépistage de la maladie infectieuse basé sur leur signature de matériel génétique. Le premier type comprend les tests extrêmement sensibles tels que l'amplification en chaîne par polymérase, ou l'ACP.

Le principal avantage de ces tests est amplification enzymatique intense de signe. Par conséquent, même lorsque très une petite quantité de matériel génétique est au commencement présente, le test pourra la trouver. Ces tests, cependant, exigent le matériel très cher et le personnel qualifié, limitant leur utilisation aux laboratoires cliniques bien établis.

Le deuxième jeu mieux est représenté par le format de jauge assimilé au test de grossesse, ou une totalisation directe des nanoparticles d'or par le matériel génétique. Tandis que ces formats de test sont très simples et fournissent la lecture de couleur des résultats, ils manquent généralement de toutes les opérations d'amplification de signe, et ont pour cette raison la sensibilité inférieure.

Dans notre test nous combinons les avantages de dépistage de couleur des nanoparticles d'or, avec l'amplification de signe introduite par activité comme des ciseaux de DNAzyme. Par conséquent, notre système comprend la simplicité et la portabilité des tests de grossesse-type, et la sensibilité améliorée qui est caractéristique des analyses cliniques qui comprennent l'opération enzymatique d'amplification.

Quels avantages y a-t-il de ce test ?

Il y a un certain nombre d'avantages. Tout d'abord, des couleurs rouges et pourprées fortes liées aux nanoparticles d'or permettent aux résultats d'analyse d'être affichés par un oeil nu sans besoin de n'importe quel matériel cher et compliqué.

Deuxièmement, l'introduction de DNAzyme comme moyens d'amplification de signe améliore de manière significative la sensibilité du dépistage de matériel génétique. De plus, nous avons pu convertir toutes les composantes moléculaires d'analyse en poudre. Si comparées aux solutions liquides, les composantes en poudre ont le grammage et un volume beaucoup plus stables et inférieurs, permettant leur conservation à long terme et facilité de transport.

En conclusion, le test emploie les composantes très rentables tout-ADN. De même, la production de nanoparticle d'or exige de l'or très petit d'être dû utilisé à leur petite taille et peut être facilement fabriquée sur très la large échelle.

Le test est rapide, pour exécuter très simplement, et peut trouver les maladies multiples en parallèle. Pris ensemble, ces facteurs rendent notre test particulièrement adapté pour des applications de remarque-de-soins dans le monde en voie de développement.

Pourquoi est-il important de pouvoir recenser les maladies infectieuses dangereuses rapidement ?

Les maladies infectieuses sont la cause du décès principale dans le monde en voie de développement. En soi, elles ont comme conséquence très des pertes importantes à la vie humaine et à l'économie globale. Chaque fois qu'une manifestation infectieuse se produit, il est essentiel de la contenir dès que possible pour réduire à un minimum son écart.

Cependant, la seule voie de réaliser réellement ceci est de procurer à des médecins trouver à exactement et rapidement des infections dans les sites distants. Si eu besoin, le patient peut alors être soigné sur place et quarantaine commencée pour éviter davantage de propagation de la maladie.

Naturellement, il est beaucoup préférable si ce nécessaire peut déterminer les maladies multiples simultanément. Si, d'autre part, le patient échantillonne le premier besoin d'être envoyé à un centre de diagnostic central pour l'identification, le moment critique est détruit. Par conséquent, la capacité de réaliser l'essai rapide de remarque-de-soins pourrait signifier la différence entre une manifestation localisée, qui est rapidement contenue, et une pandémie au niveau régional.

Y a-t-il des limitations du test ?

Tandis que nous avons expliqué les avantages du système de nanoparticle de DNAzyme-or en trouvant les objectifs pathogènes multiples dans le réglage de laboratoire, de travail toujours les besoins significatifs d'être fait pour développer le nécessaire fonctionnel d'a entièrement - qu'un professionnel médical pourrait employer dans le domaine.

Un aspect important est l'extraction du matériel génétique des agents pathogènes. Un certain nombre de méthodes simples ont été rapportées qui peuvent réaliser ceci, mais nous devons toujours recenser le meilleur et l'adapter pour notre nécessaire.

Deuxièmement, alors que nous expliquions une importante amélioration dans la sensibilité, il n'est toujours pas assez élevé pour trouver correctement plusieurs des maladies infectieuses. Par conséquent, il y a un besoin d'améliorer davantage l'amplification de signe. Une des approches est d'adapter la stratégie d'amplification de signe de DNAzyme développée récemment par le groupe d'Itamar Willner à l'université hébreue de Jérusalem.

Quel choc pensez-vous le test avez-vous ?

Actuel, un grand nombre de tests sont rapportés comme alternative de la stratégie extrêmement sensible d'ACP. Ils emploient souvent très des approches novatrices pour réaliser des sensibilités près de cela de l'ACP. Cependant, nous pensons qu'il est important de maintenir dans l'esprit qui dans un réglage de laboratoire clinique, ACP pour la diagnose est presque parfait. Dans certains cas il peut trouver la signature juste d'un organisme unique. Comme résultat, l'ACP est devenu la méthode de choix et est peu susceptible d'être remonté dans un avenir proche.

Cependant, en dehors du test d'ACP de laboratoire clinique devient trop complexe et cher, et c'est le créneau pour lequel des tests neufs doivent être développés. Dans ce contexte, nous croyons qu'il y a actuel excessif accent sur la sensibilité très élevée, et pas assez sur les conditions qui effectuent au test l'extérieur applicable du laboratoire. Celles-ci comprennent le coût bas et la simplicité, la stabilité et la portabilité des composantes, dépistage parallèle des objectifs multiples.

Cependant, la sensibilité demeure une condition importante. Par conséquent, il est impérieux d'introduire une opération d'amplification de signe qui ne contredit pas les autres conditions pour le coût, la stabilité et la simplicité. Nous avons conçu notre test pour remplir ces conditions. Nous croyons que nos résultats inciteront d'autres chercheurs à suivre les directives assimilées quand concevant leurs propres tests de diagnostic.

Où peuvent les lecteurs trouver plus d'informations ?

Veuillez afficher nos manuscrits sur DNAzyme et la nanotechnologie a basé la diagnose. Les références sont Zagorovsky, K. et Chan, W.C.W. (2013) Angewandte Chemie, 52, 3168 et Hauck, T.S., Giri, S., Gao, Y., Chan, les 2010) distributions avancées de médicament de W.C.W. (, 62, 438.

Au sujet de M. Chan et Kyryl Zagorovsky

GRANDE IMAGE de Chan et de Kyryl ZagorovskyLe professeur terriers C.W. Chan est actuel un professeur d'université à l'université de Toronto à l'institut des biomatériaux et du génie biomédical et au centre de Donnelly pour la recherche cellulaire et biomoléculaire.

Son laboratoire est concentré sur le développement de la nanotechnologie pour des applications de cancer et de maladie infectieuse.

Il a gagné les fonds professionnels luxuriants (R-U), la récompense internationale de Dennis Gabor (Hongrie), et la camaraderie commémorative de NSERC Steacie. La photo jointe est prise par des membres de NSERC.

Kyryl Zagorovsky a complété son diplôme de premier cycle à l'université de Toronto se spécialisant dans les disciplines d'astrophysique et de microbiologie.

Il est maintenant un stagiaire de Ph.D. dans le laboratoire de professeur Warren Chan en institut des biomatériaux et génie biomédical à l'université de Toronto.

April Cashin-Garbutt

Written by

April Cashin-Garbutt

April graduated with a first-class honours degree in Natural Sciences from Pembroke College, University of Cambridge. During her time as Editor-in-Chief, News-Medical (2012-2017), she kickstarted the content production process and helped to grow the website readership to over 60 million visitors per year. Through interviewing global thought leaders in medicine and life sciences, including Nobel laureates, April developed a passion for neuroscience and now works at the Sainsbury Wellcome Centre for Neural Circuits and Behaviour, located within UCL.

Citations

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    Cashin-Garbutt, April. (2018, August 23). DNAzymes, nanoparticles d'or et dépistage de la maladie : une entrevue avec M. Chan et Kyryl Zagorovsky, université de Toronto. News-Medical. Retrieved on March 07, 2021 from https://www.news-medical.net/news/20130423/DNAzymes-gold-nanoparticles-and-disease-detection-an-interview-with-Dr-Chan-and-Kyryl-Zagorovsky-University-of-Toronto.aspx.

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