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DNAzymes, nanoparticles del oro y detección de la enfermedad: una entrevista con el Dr. Chan y Kyryl Zagorovsky, universidad de Toronto

IMAGEN del ARTÍCULO de Chan y de Kyryl Zagorovsky

¿Puede usted explicar por favor son qué nanoparticles de DNAzymes y del oro?

Los nanoparticles del oro son partículas esféricas minúsculas hechas fuera de los átomos del oro con tallas en escala de los nanómetros. Ésta es alrededor 1.000 veces más pequeña que el espesor del cabello humano.

Una característica importante de los nanoparticles del oro es que aparecen muy brillantemente rojo en el color, haciéndoles los componentes óptimos para los análisis que generan los resultados que se pueden visualizar por un aro descubierto. Por este motivo los nanoparticles del oro se utilizan para generar el color rojo en las tiras de prueba comunes de embarazo.

DNAzyme es una enzima hecha totalmente fuera de la DNA. DNAzyme tiene la capacidad de hender otro cabo de la DNA del “substrato” en dos mitades, actuando eficazmente como un par de tijeras moleculares.

Un único DNAzyme puede hender secuencialmente los substratos múltiples. Apenas imagínese el dar une vuelta con un par de tijeras realmente minúsculas y el cortar de un cabo de la DNA después de otro.

¿Cómo DNAzymes y los nanoparticles del oro se han utilizado para probar para las enfermedades infecciosas?

Otra propiedad de los nanoparticles del oro es que si se agrupan juntos, que pone nanoparticles en la vecindad cercana de uno a, obran recíprocamente los campos electromagnéticos de partículas individuales. El resultado es el cambio en color del nanoparticle del oro de rojo a la púrpura.

Para nuestra prueba desarrollamos una red de los nanoparticles del oro conectados juntos por los cabos múltiples de la DNA. En esta red los nanoparticles se agrupan, y por lo tanto aparecen púrpuras. Las tijeras de DNAzyme se podían entonces utilizar para desmontar la red cortando los eslabones de la DNA que llevaban a cabo nanoparticles juntos.

Con este fin utilizamos una variante modificada de DNAzyme, que llega a ser solamente activo si el material genético asociado a un patógeno infeccioso determinado está presente. Este material genético, o el objetivo, puede esencialmente ser pensado en mientras que el tornillo que lleva a cabo las dos partes de DNAzyme scissors junto.

DNAzyme activado entonces cortó los eslabones de la DNA que llevaban a cabo nanoparticles del oro juntos, se dispersa la red agrupada, y los giros de la solución del nanoparticle rojos. Por lo tanto, el color de la solución indica directamente si el patógeno está presente (los nanoparticles rojos, dispersos), o ausente (los nanoparticles púrpuras, agrupados).

Puesto que un único DNAzyme activado puede cortar eslabones múltiples de la DNA, una cantidad más inferior de objetivo genético es necesaria dispersar los nanoparticles. Éste es el paso de la amplificación de la señal que perfecciona importante la sensibilidad de la detección el patógeno.

¿Cómo esta prueba fue desarrollada?

La plataforma de la prueba fue desarrollada arreglando varios componentes moleculares previamente denunciados en una configuración nueva. La técnica de montar nanoparticles del oro en una red usando cabos de la DNA y de usar el cambio del color como la lectura fue promovida por República eo Tchad Mirkin en Universidad Northwestern.

Sin embargo, la puesta en vigor original no incluyó ninguna pasos de la amplificación de la señal para las capacidades inferiores de la detección. Semejantemente, DNAzymes que consiguen activados por el material genético de los patógeno fue denunciado previamente, solamente equipo costoso requerido para leer los resultados.

Para nuestra prueba dirigimos ambas limitaciones simultáneamente combinando los dos componentes. DNAzyme ofrece el paso de la amplificación de la señal que faltaba en análisis colorimétrico del nanoparticle del oro.

Al mismo tiempo, la introducción de nanoparticles del oro reemplaza el equipo costoso por una lectura simple del color de la actividad de DNAzyme. El resultado era un análisis simple, sensible y de poco costo con potencial de ser utilizado para la prueba del punto-de-cuidado en el mundo en vías de desarrollo.

¿Qué enfermedades infecciosas puede esta prueba diagnosticar?

Por la molécula muy simple de DNAzyme de los ajustes de la serie de la DNA puede ser hecho para responder a cualquier material genético. Por lo tanto, cualquier enfermedad patógena se puede potencialmente descubrir usando nuestra aproximación. En la vida real la puesta en vigor, sin embargo, el uso del análisis se pudo limitar por la cantidad y la facilidad con las cuales el material genético se puede extraer de patógeno determinado.

Nuestra prueba está actualmente en el escenario del revelado, experimentos necesitará tan más lejos ser realizada para determinar mejor aplicabilidad a diversas infecciones en la fijación clínica. Hasta la fecha, hemos podido descubrir firmas genéticas del parásito palúdico, las bacterias que causaban infecciones de la gonorrea y de la sífilis, y el virus de la hepatitis B.

¿Cómo esta prueba difiere de pruebas más tradicionales?

Hay dos tipos principales de pruebas tradicionales para la detección de la enfermedad infecciosa basada en su firma del material genético. El primer tipo incluye pruebas altamente sensibles tales como reacción en cadena de polimerasa, o la polimerización en cadena.

La ventaja principal de estas pruebas es amplificación enzimática fuerte de la señal. Por lo tanto, incluso cuando mismo una pequeña cantidad de material genético está inicialmente presente, la prueba podrá descubrirla. Estas pruebas, sin embargo, requieren el equipo muy costoso y los personales entrenados, limitando su uso a los laboratorios clínicos establecidos.

El segundo equipo es representado mejor por el formato de la varilla graduada similar a la prueba de embarazo, o una agregación directa de los nanoparticles del oro por el material genético. Mientras que estos formatos de la prueba son muy simples y ofrecen la lectura del color de los resultados, faltan generalmente cualquier paso de la amplificación de la señal, y por lo tanto tienen sensibilidad inferior.

En nuestra prueba combinamos las ventajas de la detección del color de los nanoparticles del oro, con la amplificación de la señal introducida por DNAzyme tijera-como actividad. Por lo tanto, nuestro sistema incluye la simplicidad y la portabilidad del embarazo-tipo pruebas, y la sensibilidad perfeccionada que es característica de los análisis clínicos que incluyen paso enzimático de la amplificación.

¿Qué ventajas hay de esta prueba?

Hay varias ventajas. En primer lugar, los colores rojos y púrpuras intensos asociados a los nanoparticles del oro permiten que los resultados del análisis sean leídos por un aro descubierto sin la necesidad de cualquier equipo costoso y complicado.

En segundo lugar, la introducción de DNAzyme como los medios de la amplificación de la señal perfecciona importante la sensibilidad de la detección del material genético. Además, hemos podido convertir todos los componentes moleculares del análisis en polvo. Cuando están comparados a las soluciones líquidas, los componentes pulverizados son mucho más estables y más inferiores en peso y volumen, permitiendo su almacenamiento de larga duración y facilidad del transporte.

Finalmente, la prueba utiliza los componentes muy de poco costo todo-DNA. Semejantemente, la producción del nanoparticle del oro requiere el oro muy pequeño ser usado debido a su tamaño pequeño y se puede fabricar fácilmente en mismo gran escala.

La prueba es rápida, realizarse muy simple, y puede descubrir enfermedades múltiples paralelamente. Tomados juntos, estos factores hacen nuestra prueba determinado conveniente para los usos del punto-de-cuidado en el mundo en vías de desarrollo.

¿Por qué es importante poder determinar enfermedades infecciosas peligrosas rápidamente?

Las enfermedades infecciosas son la causa de la muerte principal en el mundo en vías de desarrollo. Como tal, dan lugar a bajas muy importantes a la vida humana y a la economía global. Siempre que ocurra un brote infeccioso, es esencial contenerlo cuanto antes para disminuir su extensión.

Sin embargo, la única manera de lograr realmente esto es proveer de doctores la capacidad descubrir a exacto y rápidamente infecciones en ubicaciones remotas. Si es necesario, el paciente puede entonces ser tratado sobre el terreno y cuarentena iniciada para prevenir la extensión adicional de la enfermedad.

Naturalmente, es mucho preferible si este estuche puede probar para las enfermedades múltiples simultáneamente. Si, por otra parte, las muestras pacientes primero necesitan ser enviadas a un centro de diagnósticos central para la identificación, se pierde el momento crítico. Por lo tanto, la capacidad de realizar la prueba rápida del punto-de-cuidado pudo significar la diferencia entre un brote localizado, que se contiene rápidamente, y un pandémico a nivel regional.

¿Hay limitaciones de la prueba?

Mientras que hemos demostrado las ventajas del sistema del nanoparticle del DNAzyme-oro en descubrir objetivos patógenos múltiples en la fijación del laboratorio, todavía del trabajo las necesidades importantes de ser hecho para desarrollar el estuche funcional de a completo - que un profesional médico podría utilizar en el campo.

Un aspecto importante es la extracción del material genético de los patógeno. Se han denunciado varios métodos simples que pueden lograr esto, pero todavía necesitamos determinar el mejor y adaptarlo para nuestro estuche.

En segundo lugar, mientras que demostramos una mejoría importante en sensibilidad, todavía no es arriba bastante descubrir correctamente muchas de las enfermedades infecciosas. Por lo tanto, hay una necesidad de perfeccionar más lejos la amplificación de la señal. Una de las aproximaciones es adaptar la estrategia de la amplificación de la señal de DNAzyme recientemente desarrollada por el grupo de Itamar Willner en la universidad hebrea de Jerusalén.

¿Qué impacto usted piensa la prueba tiene?

Actualmente, un gran número de pruebas se están denunciando como opción de la estrategia altamente sensible de la polimerización en cadena. Utilizan a menudo aproximaciones muy innovadoras para lograr sensibilidades cerca del de la polimerización en cadena. Sin embargo, pensamos que es importante tener presente que en una fijación clínica del laboratorio, polimerización en cadena para los diagnósticos es casi perfecto. Puede descubrir en algunos casos la firma apenas de un único organismo. Como consecuencia, la polimerización en cadena se ha convertido en el método de opción y es poco probable ser reemplazado en un futuro próximo.

Sin embargo, fuera de la prueba clínica de la polimerización en cadena del laboratorio llega a ser demasiado complejo y costoso, y ése es el lugar para el cual las nuevas pruebas necesitan ser desarrolladas. En este contexto, creemos que hay actualmente demasiado énfasis en sensibilidad muy alta, y no suficientes en los requisitos que hacen la prueba el exterior aplicable del laboratorio. Éstos incluyen el baja costo y simplicidad, la estabilidad y la transportabilidad de los componentes, detección paralela de objetivos múltiples.

Sin embargo, la sensibilidad sigue siendo un requisito importante. Por lo tanto, es imprescindible introducir un paso de la amplificación de la señal que no contradiga los otros requisitos para el costo, la estabilidad y la simplicidad. Diseñamos nuestra prueba para satisfacer estos requisitos. Creemos que nuestros resultados incitarán a otros investigadores seguir pautas similares al diseñar sus propias pruebas de diagnósticos.

¿Dónde pueden los programas de lectura encontrar más información?

Lea por favor nuestros manuscritos en DNAzyme y la nanotecnología basó diagnósticos. Las referencias son Zagorovsky, K. y Chan, W.C.W. (2013) Angewandte Chemie, 52, 3168 y Hauck, T.S., Giri, S., Gao, Y., Chan, 2010) lanzamientos avanzados de la droga del W.C.W. (, 62, 438.

Sobre el Dr. Chan y Kyryl Zagorovsky

IMAGEN GRANDE de Chan y de Kyryl ZagorovskyProfesor Warren C.W. Chan es actualmente catedrático en la universidad de Toronto en el instituto de biomateriales y de la ingeniería biomédica y el centro de Donnelly para la investigación celular y biomolecular.

Su laboratorio se centra en el revelado de la nanotecnología para los usos del cáncer y de la enfermedad infecciosa.

Él ha ganado el fondo premiado espeso (Reino Unido), la recompensa internacional de Dennis Gabor (Hungría), y la beca conmemorativa de NSERC Steacie. El retrato sujetado es tomado por las piezas de NSERC.

Kyryl Zagorovsky terminó su licenciatura en la universidad de Toronto que se especializaba en las disciplinas de la astrofísica y de la microbiología.

Él ahora es un estudiante del Ph.D. en el laboratorio de profesor Warren Chan en el instituto de biomateriales y la ingeniería biomédica en la universidad 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.

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