تشخیص جهش‌های ژنتیکی در DNA تومور در حال گردش در بدن (ctDNA) مدت‌هاست که یک چالش مهم در تشخیص سرطان و پزشکی شخصی بوده است. روش‌های رایج مانند واکنش زنجیره ای پلیمراز (PCR) و توالی‌یابی نسل بعدی محدودیت‌هایی در حساسیت و دقت دارند، به خصوص هنگام برخورد با مقادیر بسیار کم از مواد ژنتیکی یا تمایز جهش‌های موجود در یک باز این محدودیت‌ها بیشتر نمایان می‌شوند. این محدودیت‌ها مانع تشخیص زودهنگام سرطان و توسعه روش‌های درمانی هدفمند شده است.
یک شکارچی دقیق و حساس برای گیرانداختن DNA سرطان ساخته شد
در سال‌های اخیر، محققان فناوری‌های مختلفی را برای تقویت قابلیت‌های تشخیص ژنتیکی مورد بررسی قرار داده‌اند. حساسیت‌های رزونانس پلاسمون سطحی (SPR) به دلیل ویژگی‌هایی نظیر بدون برچسب بودن، تشخیص در زمان واقعی و با توان بالای فرآیند، به عنوان یک رویکرد امیدوار کننده بوده است. با این حال، زیست‌حسگرهای SPR در تمایز بین توالی اسید نوکلئیک مشابه و تشخیص اهداف کم در نمونه‌های بیولوژیکی پیچیده با چالش‌هایی روبرو بودند. این در حالی است که پیشرفت در نانوفناوری DNA ، به ویژه اوریگامی DNA ، امکانات جدیدی را برای مهندسی مولکولی دقیق باز کرد. سیستم ویرایش ژن CRISPR همچنین ویژگی قابل توجهی را در شناخت توالی DNA نشان داد.
تیمی به سرپرستی پروفسور ژانگ هان و چن ژی از دانشگاه شنژن در چین، رویکرد نوآورانه‌ای ارائه کرده‌اند که ترکیبی از اوریگامی و فناوری CRISPR و همچنین حسگری با رزونانس پلاسمون سطحی است. این روش حساسیت بالایی داشته و برای استفاده در پزشکی ایده‌آل است.
این فناوری یک پلتفرم بوده که می‌تواند جهش در حد یک باز منفرد را نیز تشخیص دهد. این سیستم برای تشخیص جهش‌های خاص در ژن‌های EGFR و KRAS، که نشانگرهای زیستی بسیار مهم برای سرطان ریه سلول غیر کوچک (NSCLC) هستند، طراحی شده است.
در قلب این فناوری یک ساختار DNAمهندسی شده با اوریگامی است که به عنوان کاوشگر عمل می‌کند. این ساختار DNA سه‌بعدی برای غلبه بر محدودیت‌های پروب‌های DNA تک رشته‌ای طراحی شده است. این ساختار سه‌بعدی DNA داربست پایداری برای اتصال نانوذرات طلا (AuNPs) در مکان‌های دقیق فراهم می‌کند و توزیع یکنواخت را در سطح حسگر امکان‌پذیر می‌کند.
سیستم CRISPR-Cas12a نقش مهمی در مکانیسم تشخیص دارد. محققان توانایی آن در تمایز بین توالی‌های نوع عادی و جهش یافته با دقت تک باز را نشان دادند. هنگامی که توالی DNA هدف وجود دارد، آنزیم Cas12a فعال شده کاوشگر DNA اوریگامی را بریده و نانوذرات طلا پیوست شده را آزاد می‌کند. در ادامه این نانوذرات توسط حسگر SPR شناسایی می‌شود.
ادغام این فناوری‌ها منجر به یک سیستم تشخیص با حساسیت قابل توجه شد. محققان محدودیت تشخیص در محدوده زپتومولار (۲۱-۱۰ مول در لیتر) را برای جهش ژن EGFR و KRAS گزارش دادند. این سطح از حساسیت از روش‌های معمولی مبتنی بر PCR بسیار فراتر است. حساسیت در سطح زپتومولار امکان تشخیص غلظت بسیار کم ctDNA را فراهم می‌کند، که برای تشخیص سرطان در مرحله اولیه بسیار مهم است.
