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DNAzymes, nanoparticelle dell'oro e rilevazione di malattia: un'intervista con Dott. Chan e Kyryl Zagorovsky, università di Toronto

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Potete spiegare prego che DNAzymes e nanoparticelle dell'oro sono?

Le nanoparticelle dell'oro sono particelle sferiche minuscole fatte dagli atomi dell'oro con le dimensioni sul disgaggio di nanometro. Ciò è intorno 1.000 volte più piccola dello spessore di capelli umani.

Una funzionalità importante delle nanoparticelle dell'oro è che compaiono molto brillantemente rosso a colori, rendente loro le componenti ottimali per le analisi che generano i risultati che possono essere visualizzati da un occhio nudo. Per questo motivo le nanoparticelle dell'oro sono usate per generare il colore rosso sui nastri comuni del test di gravidanza.

DNAzyme è un enzima fatto completamente da DNA. DNAzyme ha la capacità di fendere un altro filo del DNA “del substrato„ in due metà, efficacemente agenti come un paio delle forbici molecolari.

Un singolo DNAzyme può fendere in sequenza i substrati multipli. Immagini appena camminare intorno con un paio delle forbici realmente minuscole e tagliare un filo del DNA dopo un altro.

Come le nanoparticelle dell'oro e di DNAzymes sono state usate per provare a malattie infettive?

Gli altri beni delle nanoparticelle dell'oro sono che se sono agglutinati insieme, che mette le nanoparticelle nelle vicinanze vicine di a vicenda, i campi elettromagnetici di diverse particelle interagiscono. Il risultato è il cambiamento nel colore di nanoparticella dell'oro da rosso alla porpora.

Per la nostra prova abbiamo sviluppato una rete delle nanoparticelle dell'oro collegate insieme dai fili multipli del DNA. In questa rete le nanoparticelle sono agglutinate e quindi sembrano porpora. Le forbici di DNAzyme hanno potuto poi essere usate per smontare la rete tagliando i collegamenti del DNA che tengono insieme le nanoparticelle.

A questo fine abbiamo usato una variante modificata di DNAzyme, che diventa soltanto attivo se il materiale genetico connesso con un agente patogeno contagioso particolare è presente. Questo materiale genetico, o l'obiettivo, può essenzialmente essere pensato come al perno di zavorra che tiene insieme le due parti delle forbici di DNAzyme.

DNAzyme attivato poi ha tagliato i collegamenti del DNA che tengono insieme le nanoparticelle dell'oro, la rete agglutinata è dispersa e giri della soluzione di nanoparticella rossi. Di conseguenza, il colore della soluzione direttamente indica se l'agente patogeno è presente (nanoparticelle rosse e disperse), o assente (nanoparticelle porpora e agglutinate).

Poiché un singolo DNAzyme attivato può tagliare i collegamenti multipli del DNA, una quantità più bassa di obiettivo genetico è necessaria disperdere le nanoparticelle. Ciò è il punto di amplificazione del segnale che migliora significativamente la sensibilità di rilevazione dell'agente patogeno.

Come questa prova è stata sviluppata?

La piattaforma della prova è stata sviluppata sistemando una serie di componenti molecolari precedentemente riferite in una configurazione novella. La tecnica di montaggio delle nanoparticelle dell'oro in una rete facendo uso dei fili del DNA e di usando il cambiamento di colore come la lettura è stata aperta la strada a dalla Repubblica del Chad Mirkin in Northwestern University.

Tuttavia, l'entrata in vigore originale non ha compreso alcuni punti di amplificazione del segnale per le capacità basse di rilevazione. Similmente, DNAzymes che ottengono attivati dal materiale genetico dagli agenti patogeni è stato riferito precedentemente, ma strumentazione costosa richiesta per leggere fuori i risultati.

Per la nostra prova abbiamo indirizzato simultaneamente entrambe le limitazioni combinando le due componenti. DNAzyme fornisce il punto di amplificazione del segnale che stava mancando di nell'analisi colorimetrica di nanoparticella dell'oro.

Allo stesso tempo, l'introduzione delle nanoparticelle dell'oro sostituisce la strumentazione costosa con una lettura semplice di colore di attività di DNAzyme. Il risultato era un'analisi semplice, sensibile e redditizia con potenziale di essere utilizzato per la prova di punto-de-cura nei paesi in via di sviluppo.

Che malattie infettive può questa prova diagnosticare?

Dalla molecola molto semplice di DNAzyme di adeguamenti di sequenza del DNA può essere fatto per rispondere a tutto il materiale genetico. Di conseguenza, tutta la malattia patogena può potenzialmente essere diagnosticata facendo uso del nostro approccio. In realtà l'entrata in vigore, tuttavia, l'uso di analisi potrebbe essere limitata dall'importo e dalla facilità con cui il materiale genetico può essere estratto dall'agente patogeno particolare.

La nostra prova è corrente nella fase dello sviluppo, così più ulteriormente esperimenti dovrà essere eseguita per identificare meglio l'applicabilità alle infezioni differenti nella regolazione clinica. Fin qui, abbiamo potuti individuare le impronte genetiche dal parassita malarico, i batteri che causano le infezioni della sifilide e della gonorrea ed il virus dell'epatite B.

Come questa prova differisce dalle prove più tradizionali?

Ci sono due tipi principali di prove tradizionali per la rilevazione della malattia infettiva basata sulla loro impronta del materiale genetico. Il primo tipo comprende le prove altamente sensibili quale reazione a catena della polimerasi, o la PCR.

Il vantaggio principale di queste prove è forte amplificazione enzimatica del segnale. Di conseguenza, anche quando molto una piccola quantità di materiale genetico è inizialmente presente, la prova potrà individuarla. Queste prove, tuttavia, richiedono la strumentazione molto costosa ed il personale formato, limitanti il loro uso ai laboratori clinici affermati.

Il secondo insieme è rappresentato il più bene dal formato dell'asta misura-livello simile al test di gravidanza, o da un'aggregazione diretta delle nanoparticelle dell'oro dal materiale genetico. Mentre questi formati della prova sono molto semplici e forniscono la lettura di colore dei risultati, mancano generalmente di tutti i punti di amplificazione del segnale e quindi hanno sensibilità bassa.

Nella nostra prova combiniamo i vantaggi di rilevazione di colore delle nanoparticelle dell'oro, con l'amplificazione del segnale introdotta da attività del tipo di forbici di DNAzyme. Di conseguenza, il nostro sistema comprende sia la semplicità che la trasferibilità delle prove gravidanza tipe e la sensibilità migliore che è caratteristica delle analisi cliniche che comprendono il punto enzimatico di amplificazione.

Che vantaggi sono ci di questa prova?

Ci sono una serie di vantaggi. In primo luogo, i colori rossi e porpora intensi connessi con le nanoparticelle dell'oro permettono che i risultati di analisi siano letti da un occhio nudo senza l'esigenza di tutta la strumentazione costosa e complicata.

Secondariamente, l'introduzione di DNAzyme come i mezzi di amplificazione del segnale migliora significativamente la sensibilità di rilevazione del materiale genetico. Inoltre, abbiamo potuti convertire tutte componenti molecolari di analisi in polvere. Una volta confrontate alle soluzioni liquide, le componenti in polvere sono molto più stabili e più basse nel peso e nel volume, permettendo il loro deposito a lungo termine e facilità del trasporto.

Per concludere, la prova usa le componenti molto redditizie tutto DNA. Similmente, la produzione di nanoparticella dell'oro richiede l'oro pochissimo di essere usato dovuto il loro di piccola dimensione e può essere facilmente fabbricata molto sulla larga scala.

La prova è veloce, eseguire molto semplicemente e può diagnosticare le malattie multiple parallelamente. Catturati insieme, questi fattori rendono la nostra prova particolarmente adatta ad applicazioni di punto-de-cura nei paesi in via di sviluppo.

Perché è importante potere da identificare rapido le malattie infettive pericolose?

Le malattie infettive sono la causa della morte principale nei paesi in via di sviluppo. Come tale, provocano le perdite molto significative a vita umana ed all'economia globale. Ogni volta che uno scoppio contagioso accade, è essenziale per contenerlo appena possibile per minimizzare la sua diffusione.

Tuttavia, il solo modo realmente raggiungere questo è di fornire a medici l'abilità individuare ad esattamente e rapido le infezioni nelle posizioni remote. Se avuto bisogno di, il paziente può poi essere curato sul posto e quarantena iniziata per impedire ulteriore diffusione della malattia.

Naturalmente, è molto preferibile se questo kit può provare simultaneamente a malattie multiple. Se, d'altra parte, i campioni pazienti in primo luogo devono essere inviati ad un centro di sistemi diagnostici centrale per l'identificazione, il momento critico è perso. Di conseguenza, la capacità di eseguire la prova rapida di punto-de-cura potrebbe significare la differenza fra uno scoppio localizzato, che è contenuto rapidamente e una pandemia a livello regionale.

C'è delle limitazioni della prova?

Mentre abbiamo dimostrato i vantaggi del sistema di nanoparticella dell'DNAzyme-oro nella rilevazione degli obiettivi patogeni multipli nella regolazione del laboratorio, del lavoro necessità significative ancora di essere fatto per sviluppare il kit funzionale di a completamente - che un professionista medico potrebbe utilizzare nel campo.

Un aspetto importante è l'estrazione di materiale genetico dagli agenti patogeni. Una serie di metodi semplici sono stati riferiti che possono raggiungere questo, ma ancora dobbiamo identificare quello migliore ed adattarlo per il nostro kit.

Secondariamente, mentre abbiamo dimostrato un miglioramento significativo nella sensibilità, non è ancora abbastanza su di diagnosticare correttamente molte delle malattie infettive. Di conseguenza, c'è una necessità più ulteriormente di migliorare l'amplificazione del segnale. Uno degli approcci è di adattare la strategia di amplificazione del segnale di DNAzyme sviluppata di recente dal gruppo di Itamar Willner nell'università ebraica di Gerusalemme.

Che impatto pensate la prova avete?

Corrente, tantissime prove stanno riferende come alternativa della strategia altamente sensibile di PCR. Usano spesso gli approcci molto innovatori per raggiungere le sensibilità vicino a quello della PCR. Tuttavia, pensiamo che sia importante da tenere presente che in una regolazione clinica del laboratorio, PCR per i sistemi diagnostici è quasi perfetto. Può individuare in alcuni casi l'impronta appena di singolo organismo. Di conseguenza, la PCR si è trasformata nel metodo di scelta ed è improbabile da essere sostituito nell'immediato futuro.

Tuttavia, fuori della prova clinica di PCR del laboratorio diventa troppo complesso e costoso e quello è il posto adatto per cui le nuove prove devono essere sviluppate. In questo contesto, crediamo che ci sia corrente troppa enfasi sulla sensibilità molto alta e non abbastanza sui requisiti che rendono alla prova l'esterno applicabile del laboratorio. Questi comprendono il basso costo e semplicità, la stabilità e la trasportabilità delle componenti, rilevazione parallela degli obiettivi multipli.

Tuttavia, la sensibilità rimane un requisito importante. Di conseguenza, è di importanza fondamentale da introdurre un punto di amplificazione del segnale che non contraddice gli altri requisiti del costo, della stabilità e della semplicità. Abbiamo progettato la nostra prova per soddisfare queste condizioni. Crediamo che i nostri risultati spingano altri ricercatori a seguire le simili linee guida quando progetti le loro proprie prove di sistemi diagnostici.

Dove possono i lettori trovare più informazioni?

Legga prego i nostri manoscritti su DNAzyme e la nanotecnologia ha basato i sistemi diagnostici. I riferimenti sono Zagorovsky, K. e Chan, W. il C. il W. (2013) Angewandte Chemie, 52, 3168 e Hauck, il T. lo S., Giri, lo S., Gao, il Y., Chan, le 2010) consegne avanzate della droga del W. il C.W. (, 62, 438.

Circa Dott. Chan e Kyryl Zagorovsky

GRANDE IMMAGINE di Kyryl e di Chan ZagorovskyIl professor labirinto C.W. Chan è corrente un professore ordinario all'università di Toronto all'istituto dei biomateriali e dell'assistenza tecnica biomedica ed al centro di Donnelly per la ricerca cellulare e biomolecolare.

Il suo laboratorio è messo a fuoco sullo sviluppo di nanotecnologia per le applicazioni della malattia infettiva e del cancro.

Ha estratto il fondo premiato rigoglioso (Regno Unito), il premio internazionale di Dennis Gabor (Ungheria) e l'amicizia commemorativa di NSERC Steacie. La maschera fissata è catturata dai membri di NSERC.

Kyryl Zagorovsky ha completato la sua laurea di studente non laureato nell'università di Toronto che si specializza nelle discipline di microbiologia e dell'astrofisica.

Ora è uno studente di Ph.D. nel laboratorio del professor Warren Chan nell'istituto dei biomateriali e nell'assistenza tecnica biomedica nell'università di 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.

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