Le séquençage de l'ADN est devenu si courant, peu réalisent à quel point il est difficile d'extraire une seule molécule d'ADN d'un échantillon biologique.

Les recherches menées par UC Riverside facilitent la détection et la capture d'ADN à partir d'échantillons de fluides tels que le sang à l'aide d'un petit tube de verre et de courant électrique. La technique, décrit dans le journal Nanoéchelle , peut également améliorer le diagnostic du cancer à l'avenir.

ADN, un double brin, molécule chargée électriquement qui contient toutes les informations dont un organisme a besoin pour créer et organiser les éléments constitutifs de la vie, est étroitement replié dans le noyau cellulaire. L'extraction de l'ADN d'une seule cellule prend du temps et n'est pas pratique à de nombreuses fins médicales et scientifiques. Heureusement, comme les cellules meurent naturellement, leurs membranes éclatent, libérer le contenu, y compris l'ADN. Cela signifie qu'un échantillon de sang, par exemple, contient de nombreux brins d'ADN flottant qui devraient, en théorie, être plus facile à identifier et à extraire en quantité.

Cependant, les cellules charognardes appelées macrophages qui nettoient les déchets cellulaires détruisent la plupart de l'ADN acellulaire, le laissant à de faibles concentrations dans le sang. La plupart des approches pour capturer l'ADN acellulaire nécessitent des techniques coûteuses qui concentrent d'abord les molécules avant d'utiliser des colorants fluorescents pour aider à voir l'ADN.

Auteur correspondant Kevin Freedman, professeur adjoint de bio-ingénierie au Marlan et Rosemary Bourns College of Engineering de l'UC Riverside, a mené un effort pour améliorer la détection et la capture de l'ADN à des concentrations plus faibles en utilisant une charge électrique pour diriger un échantillon d'ADN directement dans un tube de verre avec une minuscule ouverture appelée nanopore. La détection des nanopores est apparue comme une fiable, et un outil de diagnostic rentable dans différentes applications médicales et cliniques.

"Nous savons que si vous appliquez une tension à travers une membrane cellulaire, les ions se déplaceront à travers les pores de la membrane cellulaire, " a déclaré Freedman. " L'ADN voyage aussi avec le champ électrique, et nous pouvons l'utiliser pour déplacer l'ADN."

Les chercheurs ont mis une électrode positive à l'intérieur d'un tube de verre avec une ouverture, ou pores, 20 nanomètres de large, un peu plus gros qu'une molécule d'ADN mais trop petit pour admettre des cellules. Ils ont appliqué un potentiel électrique au nanopore, qui a été plongé dans un flacon contenant un échantillon d'ADN et une électrode négative. L'ADN acellulaire s'est déplacé dans le pore et l'a bloqué. Le changement de courant électrique au fur et à mesure que l'ADN traversait le pore a permis aux chercheurs de le détecter.

"C'est comme essayer de tirer des spaghettis à travers une aiguille, " a déclaré Freedman. " Pour traverser le pore, il doit être presque parfaitement linéaire. "

Plus les chercheurs approchaient de la surface du liquide le pore, plus il ramassait d'ADN.

"Étonnamment, nous avons constaté que l'ADN s'accumule aux interfaces liquide-air. S'il y a une couche de refroidissement, l'ADN essaiera d'aller à l'endroit le plus frais, " a déclaré Freedman. " Nous espérons qu'il en va de même pour un échantillon de sang, le même mécanisme peut donc être utilisé pour concentrer l'ADN près de la surface. Non seulement c'est bénéfique, mais cette stratégie de détection des nanopores a également démontré un rapport signal/bruit plus élevé près de la surface. C'est vraiment une situation gagnant-gagnant."

Avec quelques raffinements, les auteurs pensent que leur technique purement électrique pourrait aider à diagnostiquer certains types de cancer à partir d'un seul échantillon de sang. En plus de l'ADN, à mesure que les tumeurs se développent, les vésicules sont libérées dans la circulation sanguine. Ces mini gouttelettes à base de lipides peuvent être considérées comme des mini-cellules identiques aux cellules cancéreuses d'origine et pourraient également être détectées par détection des nanopores.

Compte tenu de toutes les caractéristiques uniques de cette technique purement électrique, le système de détection de nanopores a le potentiel d'être utilisé comme évaluation de test de diagnostic au point de service à l'avenir.

L'article s'intitule "Mesurer l'ADN piégé à l'interface liquide-air pour une détection améliorée d'une seule molécule".