Les nanopinces optothermiques, une technique de manipulation optique innovante au cours de la dernière décennie, ont révolutionné la manipulation optique classique en capturant efficacement un spectre plus large de nanoparticules. Bien que cette technique ait été principalement utilisée pour la manipulation in situ de nanoparticules, son potentiel d'identification de bio-nanoparticules reste largement inexploré.

Ici, sur la base des effets synergiques de la manipulation optothermique et de la biodétection basée sur CRIPSR, les auteurs ont développé des nanopinces optothermiques alimentées par CRISPR (CRONT). Plus précisément, en exploitant la diffusiophorèse et les flux thermo-osmotiques à proximité du substrat lors d'une excitation optothermique, les auteurs ont réussi à piéger et à enrichir des bio-nanoparticules, notamment des nanoparticules d'or, des protéines associées à CRISPR, ainsi que des molécules d'ADN.

Dans une publication récente publiée dans Light :Science &Applications , une équipe de scientifiques dirigée par les professeurs Jiajie Chen, Zhi Chen, Zhang Han et Yonghong Shao de l'Université de Shenzhen, ainsi que leurs collaborateurs, le professeur Ho-Pui Ho de l'Université chinoise de Hong Kong, ont conçu une approche optothermique pour améliorer les technologies CRISPR. Détection du polymorphisme mononucléotidique (SNP) pour atteindre le niveau d'une seule molécule.

En outre, ils ont introduit une nouvelle méthodologie CRISPR pour observer le clivage des nucléotides. De plus, cette approche innovante a doté les pinces optiques d’une capacité d’identification de l’ADN en solution aqueuse, inaccessible auparavant. Compte tenu de sa spécificité remarquable et de sa faisabilité pour la manipulation et l'identification in situ des bio-nanoparticules, il est sur le point de devenir un outil universel dans le domaine du diagnostic sur le lieu d'intervention, de la biophotonique et de la bio-nanotechnologie.

Le CRONT peut être parfaitement réglé pour manipuler des bio-nanoparticules et répondre aux conditions de travail de l'identification de bio-nanoparticules cibles basée sur CRISPR. Plus précisément, en incorporant la force diffusiophorétique induite par optothermie, les auteurs ont réussi à manipuler des bio-nanoparticules, notamment l'ADNsb, l'ADNdb, la BSA, la protéine Cas12a et les nanoparticules d'or fonctionnalisées par l'ADN.

En incorporant une approche de biodétection de l'ADN basée sur CRISPR, dans laquelle le clivage d'un seul conjugué ADN@Gold-nanoparticules piégé est interrogé, les auteurs ont transformé cette pince optothermique en une sonde moléculaire pour les molécules d'ADN in situ (SARS-CoV-2 ou Monkeypox) sans amplification de l'acide nucléique et atteint les limites de détection de 25 am pour l'ADN double brin et de 250 am pour l'ADN double brin.

Remarquablement, ils ont démontré que ces nanopinces permettent l’identification de polymorphismes mononucléotidiques (SNP) à des volumes de détection ultra-faibles (10 μL), qui jouent un rôle crucial dans la diversité génétique et sont associés à divers traits phénotypiques, notamment la susceptibilité aux maladies et la réponse aux médicaments. Par conséquent, cette innovation dans les techniques de détection des SNP est essentielle pour répondre aux diverses demandes de la recherche génomique et des applications médicales à l'avenir.

Ces auteurs ont résumé ainsi les travaux et les perspectives du CRONT :

"CRONT a permis la mise en œuvre immédiate de la biodétection basée sur CRISPR dans un volume de détection ultra-faible. Les pinces optiques sont désormais dotées d'une capacité d'identification de l'ADN grâce au système de biodétection basé sur CRISPR. Les propriétés de chauffage localisées de CRONT n'ont pas seulement fourni une voie pour les biomolécules. enrichissement mais aussi un environnement thermique nécessaire au clivage du complexe CRISPR."

"Le développement ultérieur de ce système de biodétection CRISPR basé sur l'opthermie pourrait impliquer l'utilisation d'un ensemble de points chauffants laser pour une détection parallèle à haut débit, ce qui rend la technique plus adaptée à la détection quantitative et réduit considérablement le temps de détection. CRONT peut également être utilisé pour guider le complexe CRIPSR/Cas vers l'ADN cible et lancer le processus d'édition génétique. Il permet également aux chercheurs de surveiller le processus d'édition génétique en temps réel au niveau d'une seule molécule", ont-ils ajouté.

"Nous prévoyons que de telles nanosondes sans contact contribueront à une compréhension plus approfondie de divers processus biologiques complexes, ainsi qu'à des similitudes optiques, thermiques et biologiques d'éclairage élevées au niveau d'une seule particule."

Plus d'informations : Jiajie Chen et al, Nanopinces optothermiques alimentées par CRISPR :manipulations diverses de bio-nanoparticules et identification de nucléotides uniques, Lumière :science et applications (2023). DOI :10.1038/s41377-023-01326-9

Fourni par l'Académie chinoise des sciences