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DNAzymes, nanoparticles do ouro e detecção da doença: uma entrevista com Dr. Chan e Kyryl Zagorovsky, universidade de toronto

IMAGEM do ARTIGO de Chan e de Kyryl Zagorovsky

Por favor pode você explicar que nanoparticles de DNAzymes e de ouro são?

Os nanoparticles do ouro são partículas esféricas minúsculas feitas fora dos átomos do ouro com tamanhos na escala dos nanômetros. Esta é ao redor 1.000 vezes menor do que a espessura do cabelo humano.

Uma característica importante de nanoparticles do ouro é que aparecem muito brilhantemente vermelho na cor, fazendo lhes componentes óptimos para os ensaios que geram os resultados que podem ser visualizados por um olho nu. Os nanoparticles do ouro são usados por este motivo para gerar a cor vermelha nas tiras de teste comuns da gravidez.

DNAzyme é uma enzima feita completamente fora do ADN. DNAzyme tem a capacidade para fender uma outra costa do ADN da “carcaça” em duas metades, actuando eficazmente como um par de tesouras moleculars.

Um único DNAzyme pode sequencialmente fender carcaças múltiplas. Apenas imagine andar ao redor com um par de tesouras realmente minúsculas e cortar uma costa do ADN após outra.

Como DNAzymes e os nanoparticles do ouro foram usados para testar para doenças infecciosas?

Uma outra propriedade de nanoparticles do ouro é que se são aglutinados junto, que põe nanoparticles na vizinhança próxima de se, os campos eletromagnéticos de partículas individuais interagem. O resultado é a mudança na cor do nanoparticle do ouro de vermelho ao roxo.

Para nosso teste nós desenvolvemos uma rede dos nanoparticles do ouro ligados junto por costas múltiplas do ADN. Nesta rede os nanoparticles são aglutinados, e parecem conseqüentemente roxos. As tesouras de DNAzyme podiam então ser usadas para desmontar a rede cortando as relações do ADN que mantêm os nanoparticles unidos.

Com esta finalidade nós usamos uma variação alterada de DNAzyme, que se torna somente activo se o material genético associado com um micróbio patogénico infeccioso particular esta presente. Este material genético, ou o alvo, podem essencialmente ser pensados de enquanto o parafuso que guardara as duas partes de DNAzyme scissors junto.

DNAzyme ativado cortou então as relações do ADN que mantêm os nanoparticles do ouro unidos, a rede aglutinada é dispersada, e as voltas da solução do nanoparticle vermelhas. Conseqüentemente, a cor da solução indica directamente se o micróbio patogénico esta presente (nanoparticles vermelhos, dispersados), ou ausente (nanoparticles roxos, aglutinados).

Desde que um único DNAzyme ativado pode cortar as relações múltiplas do ADN, uma quantidade mais baixa de alvo genético é necessário dispersar os nanoparticles. Esta é a etapa da amplificação do sinal que melhora significativamente a sensibilidade da detecção do micróbio patogénico.

Como este teste foi desenvolvido?

A plataforma do teste foi desenvolvida arranjando um número de componentes moleculars previamente relatados em uma configuração nova. A técnica de montar nanoparticles do ouro em uma rede usando costas do ADN e usando a mudança da cor como o readout foi aberta caminho por Chade Mirkin na Universidade Northwestern.

Contudo, a aplicação original não incluiu nenhuma etapas da amplificação do sinal para baixas capacidades da detecção. Similarmente, DNAzymes que obtêm ativados pelo material genético dos micróbios patogénicos foi relatado previamente, mas equipamento caro exigido para ler para fora os resultados.

Para nosso teste nós endereçamos ambas as limitações simultaneamente combinando os dois componentes. DNAzyme fornece a etapa da amplificação do sinal que estava faltando no ensaio colorimetric do nanoparticle do ouro.

Ao mesmo tempo, a introdução de nanoparticles do ouro substitui o equipamento caro com um readout simples da cor da actividade de DNAzyme. O resultado era um ensaio simples, sensível e eficaz na redução de custos com potencial ser usado para o teste do ponto--cuidado no mundo em desenvolvimento.

Que doenças infecciosas pode este teste diagnosticar?

Pela molécula muito simples de DNAzyme dos ajustes da seqüência do ADN pode ser feito para responder a todo o material genético. Conseqüentemente, toda a doença patogénico pode potencial ser detectada usar nossa aproximação. Na vida real a aplicação, contudo, o uso do ensaio pôde ser limitada pela quantidade e pela facilidade com que o material genético pode ser extraído do micróbio patogénico particular.

Nosso teste está actualmente na fase da revelação, tão mais experiências deverá ser executado para identificar melhor a aplicabilidade às infecções diferentes no ajuste clínico. Até agora, nós pudemos detectar assinaturas genéticas do parasita malárico, bactérias que causam infecções da gonorréia e da sífilis, e vírus da hepatite B.

Como este teste difere de uns testes mais tradicionais?

Há dois tipos principais de testes tradicionais para a detecção de doença infecciosa baseada em sua assinatura do material genético. O primeiro tipo inclui testes altamente sensíveis tais como a reacção em cadeia da polimerase, ou o PCR.

A vantagem principal destes testes é amplificação enzimático forte do sinal. Conseqüentemente, mesmo quando muito uma pequena quantidade de material genético está inicialmente actual, o teste poderá detectá-la. Estes testes, contudo, exigem o equipamento muito caro e os pessoais treinados, limitando seu uso aos laboratórios clínicos bem conhecidos.

O segundo grupo é representado melhor pelo formato do medidor de óleo similar ao teste de gravidez, ou por uma agregação directa de nanoparticles do ouro pelo material genético. Quando estes formatos do teste forem muito simples e fornecerem o readout da cor dos resultados, faltam geralmente todas as etapas da amplificação do sinal, e têm conseqüentemente a baixa sensibilidade.

Em nosso teste nós combinamos os benefícios da detecção da cor de nanoparticles do ouro, com a amplificação do sinal introduzida por DNAzyme tesoura-como a actividade. Conseqüentemente, nosso sistema inclui a simplicidade e a mobilidade do gravidez-tipo testes, e a sensibilidade melhorada que é característica dos ensaios clínicos que incluem a etapa enzimático da amplificação.

Que benefícios há deste teste?

Há um número de benefícios. Antes de mais nada, as cores vermelhas e roxas intensas associadas com os nanoparticles do ouro permitem que os resultados do ensaio sejam lidos por um olho nu sem a necessidade para todo o equipamento caro e complicado.

Em segundo lugar, a introdução de DNAzyme como os meios da amplificação do sinal melhora significativamente a sensibilidade da detecção do material genético. Além, nós pudemos converter todos os componentes moleculars do ensaio no pó. Quando comparados às soluções líquidas, os componentes pulverizados são muito mais estáveis e mais baixos no peso e no volume, permitindo seus armazenamento a longo prazo e facilidade do transporte.

Finalmente, o teste usa os componentes todo-ADN muito eficazes na redução de custos. Similarmente, a produção do nanoparticle do ouro exige o ouro muito pequeno ser usado devido a seu tamanho pequeno e pode ser facilmente manufacturado na escala muito grande.

O teste é rápido, executar muito simplesmente, e pode detectar doenças múltiplas paralelamente. Tomados junto, estes factores fazem nosso teste particularmente apropriado para aplicações do ponto--cuidado no mundo em desenvolvimento.

Por que é importante poder identificar ràpida doenças infecciosas perigosas?

As doenças infecciosas são a causa de morte principal no mundo em desenvolvimento. Como tal, conduzem às perdas muito significativas à vida humana e à economia global. Sempre que uma manifestação infecciosa ocorre, é essencial contê-la o mais cedo possível para minimizar sua propagação.

Contudo, a única maneira de conseguir realmente isto é fornecer doutores a capacidade para detectar a exactamente e ràpida infecções em lugar remotos. Se necessário, o paciente pode então ser tratado na hora e quarentena iniciada para impedir uma propagação mais adicional da doença.

Naturalmente, é muito preferível se este jogo pode testar para doenças múltiplas simultaneamente. Se, por outro lado, as amostras pacientes precisam primeiramente de ser enviadas a um centro de diagnósticos central para a identificação, o momento crítico está perdido. Conseqüentemente, a capacidade para executar o teste rápido do ponto--cuidado pôde significar a diferença entre uma manifestação localizada, que fosse contida rapidamente, e uma pandemia ao nível regional.

Há alguma limitação do teste?

Quando nós demonstrarmos os benefícios do sistema do nanoparticle do DNAzyme-ouro em detectar alvos patogénicos múltiplos no ajuste do laboratório, do trabalho necessidades significativas ainda de ser feito para desenvolver inteiramente o jogo funcional da - que um profissional médico poderia usar no campo.

Um aspecto importante é a extracção do material genético dos micróbios patogénicos. Um número de métodos simples foram relatados que podem conseguir este, mas nós ainda precisamos de identificar melhor e de adaptá-lo para nosso jogo.

Em segundo lugar, quando nós demonstramos uma melhoria significativa na sensibilidade, não é ainda altamente bastante detectar correctamente muitas das doenças infecciosas. Conseqüentemente, há uma necessidade de melhorar mais a amplificação do sinal. Uma das aproximações é adaptar a estratégia da amplificação do sinal de DNAzyme desenvolvida recentemente pelo grupo de Itamar Willner na universidade hebréia do Jerusalém.

Que impacto você pensa o teste tem?

Actualmente, um grande número testes estão sendo relatados como a alternativa da estratégia altamente sensível do PCR. Usam frequentemente aproximações muito inovativas para conseguir sensibilidades perto daquela do PCR. Contudo, nós pensamos que é importante se manter na mente que em um ajuste clínico do laboratório, PCR para diagnósticos é quase perfeita. Em alguns casos pode detectar a assinatura apenas de um único organismo. Em conseqüência, o PCR transformou-se o método de escolha e é pouco susceptível de ser substituído em um futuro próximo.

Contudo, fora do teste clínico do PCR do laboratório torna-se demasiado complexo e caro, e aquela é a ameia para que os testes novos precisam de ser desenvolvidos. Neste contexto, nós acreditamos que há actualmente demasiada ênfase na sensibilidade muito alta, e não bastante nas exigências que fazem ao teste a parte externa aplicável do laboratório. Estes incluem o baixa custo e simplicidade, a estabilidade e o transportability dos componentes, detecção paralela de alvos múltiplos.

Não obstante, a sensibilidade permanece uma exigência importante. Conseqüentemente, é imperativo introduzir uma etapa da amplificação do sinal que não contradiga as outras exigências para o custo, a estabilidade e a simplicidade. Nós projectamos nosso teste cumprir estas exigências. Nós acreditamos que nossos resultados alertarão outros pesquisadores seguir directrizes similares ao projetar seus próprios testes de diagnósticos.

Onde podem os leitores encontrar mais informação?

Leia por favor nossos manuscritos em DNAzyme e a nanotecnologia baseou diagnósticos. As referências são Zagorovsky, K. e Chan, W.C.W. (2013) Angewandte Chemie, 52, 3168 e Hauck, T.S., Giri, S., Gao, Y., Chan, entregas avançadas da droga do W.C.W. (2010), 62, 438.

Sobre o Dr. Chan e Kyryl Zagorovsky

IMAGEM GRANDE de Chan e de Kyryl ZagorovskyO professor Warren C.W. Chan é actualmente um professor completo na universidade de toronto no instituto dos matérias biológicos e da engenharia biomedicável e no centro de Donnelly para a pesquisa celular e biomolecular.

Seu laboratório é centrado sobre a revelação da nanotecnologia para aplicações do cancro e da doença infecciosa.

Ganhou o fundo premiado florescente (Reino Unido), a concessão internacional de Dennis Gabor (Hungria), e a bolsa de estudo memorável de NSERC Steacie. A imagem anexada é tomada por membros de NSERC.

Kyryl Zagorovsky terminou seu bacharelato na universidade de toronto que especializa-se nas disciplinas da astrofísica e da microbiologia.

É agora um estudante do Ph.D. no laboratório do professor Warren Chan no instituto dos matérias biológicos e na engenharia biomedicável na universidade 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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