211service.com
DNA čip poskytuje pozitivní ID
Posledních pět let byly čipy DNA mocným výzkumným nástrojem, který je velmi slibný pro budoucí použití v klinických podmínkách. Tyto drobné křemíkové nebo skleněné povrchy, pokryté tisíci fragmentů DNA, používají vědci k objevování genů ve vzorcích DNA. Svatý grál této technologie je však stále nepolapitelný – jediné, plně automatizované ruční zařízení nebo laboratoř na čipu, která dokáže okamžitě analyzovat DNA z jediného pramene vlasů nebo kapky krve.
Jednou ze společností, která v tomto směru udělala velký krok, je Nanogen se sídlem v San Diegu. Jeho NanoChip je v současnosti jediným DNA čipem na trhu, který využívá mikrofluidiku – usměrňování tekutin na povrchu čipu – a elektronickou signalizaci k přesnější identifikaci genových variant a mutací. To může vést k přesnější detekci patogenů, mikroorganismů nebo podtypů geneticky podmíněných chorob.
Seznamte se a porovnejte
Všechny DNA čipy jsou založeny na přirozené vlastnosti DNA: když je známá dvoušroubovice rozdělena na polovinu, každý kousek DNA se pokusí znovu spojit s dalším, komplementárním kusem - proces zvaný hybridizace.
Povrch konvenčních DNA čipů, jako jsou ty, které vyrábí biočipový gigant Affymetrix, je obvykle pokryt desítkami tisíc řetězců DNA, nazývaných sondy. V typické aplikaci jsou geny z, řekněme, rakovinného nádoru označeny fluorescenčním barvivem a aplikovány na povrch čipu. Ty, které odpovídají, se navážou na sondy a zbytek se smyje. Fluorescenční markery odečítané skenerem umožňují výzkumníkům identifikovat sekvence DNA tvořící navázané geny. Tento proces může trvat až tři hodiny.
V mnoha případech však vazba genu vzorku a jeho odpovídající sondy může zakrýt nesoulad jednoho nebo dvou základních písmen (stavebních kamenů DNA). Pro většinu účelů je tento stupeň přesnosti adekvátní, protože umožňuje výzkumníkům s jistotou identifikovat geny nebo genové rodiny.
Ale když výzkumníci potřebují identifikovat přesnou genovou variantu – aby mohli rozlišit, například, mezi různými podtypy nemoci – jedno nebo dvě písmena mohou vysvětlit celý rozdíl.
Elektrický tok
Nanogen doufá, že NanoChip tuto potřebu splní. Specializovanější než běžné čipy DNA využívá mikrofluidiku, elektroniku a chytrý kus reverzního inženýrství, aby dosáhl dokonalé shody.
V čipu vede řada mikrofluidních kanálů do centrálního jádra obsahujícího 99 testovacích míst, z nichž každé lze nezávisle ovládat elektrickým nábojem. Zatímco standardní čipy DNA jsou vybaveny sondami, kazeta NanoChip je dodávána prázdná a musí být přizpůsobena. Pro přípravu čipu jsou DNA sondy umístěny do mikrofluidních kanálů a elektrický náboj je aplikován na testovací místa, která udrží sondy. Protože DNA obsahuje vlastní negativní náboj, sondy jsou taženy kanálky do požadovaných míst.
Elektrický náboj také urychluje proces hybridizace a přitahuje vzorky genů k sondám. Po hybridizaci se elektrický náboj obrátí. Zůstanou pouze dokonale přizpůsobené vzorky a výstup je poté přečten na přizpůsobené stolní pracovní stanici. Celý proces trvá asi 15 minut.
Zatím to přineslo 100% přesnost, říká Paolo Fortina, výzkumník z dětské nemocnice ve Filadelfii, který používá NanoChip téměř rok, především k ověření výsledků ze sekvenátoru DNA. Nedávno použil NanoChip při studiu genových variant a kardiovaskulárních onemocnění.
Jiné platformy
V oblasti bohaté na experimenty se i další biotechnologické společnosti hlásí o úspěch se svými vlastními přístupy ke konstrukci DNA-čipů.
Skupina eSensor společnosti Motorola, se kterou Nanogen nedávno urovnal patentový spor ohledně metod molekulární detekce, plánuje letos na podzim přijít na trh s vlastním DNA čipem. Čip Motoroly nevyužívá elektroniku ke zvýšení rychlosti a přesnosti, ale k identifikaci hybridizované DNA bez fluorescence. Čip eSensor obsahuje sondy označené elektronickým štítkem. Jakmile dojde k hybridizaci, na čip se přivede napětí, které způsobí, že hybridizované sondy uvolní signál.
HandyLab, spinoff University of Michigan, pracuje na mikrofluidickém DNA čipu, o kterém doufají, že bude schválen pro klinické použití. Stejně jako Nanogen i HandyLab používá k manipulaci s tekutinami elektronickou signalizaci. Ale spíše než využití inherentního negativního náboje v samotné DNA, HandyLab experimentuje s tepelnou pneumatikou – elektricky ohřívá malé kapsy vzduchu, aby poháněl tekutinu, a poté chemicky kontroluje tok. HandyLab předpovídá klinické zkoušky svého produktu v roce 2003.
Společnost Orchid Biosciences se sídlem v Princetonu v New Jersey vyvíjí platformu biočipů sestávající z vícevrstvého mikrofluidního okruhu pro detekci genových variant a mutací. Orchid doufá, že tuto vysoce paralelní platformu začlení do své produktové řady do roku 2003.