Nanofluidisches Aptamer-Nanoarray misst einzelne Proteine

In der sich entwickelnden Welt der Präzisionsmedizin ist der Bedarf an Methoden, die Biomoleküle mit höchster Genauigkeit und Spezifität messen können, von größter Bedeutung. In dieser Erkenntnis haben der außerordentliche Professor Yan Xu von der Graduate School of Engineering der Osaka Metropolitan University und sein internationales Forschungsteam einen großen Schritt in diese Richtung gemacht.

Sie haben ein innovatives nanofluidisches Gerät entwickelt, das in der Lage ist, einzelne Proteine ​​stochastisch zu erfassen und sie in ihren natürlich hohen Konzentrationen digital zu erfassen. Dieser Durchbruch könnte möglicherweise den Grundstein für die Zukunft der personalisierten Krankheitsprävention und -behandlung legen.

Präzisionsmedizin zielt darauf ab, Präventions- und Behandlungsstrategien auf der Grundlage individueller genetischer Daten, Umweltfaktoren, Lebensstil und anderer Faktoren anzupassen. Ein wesentlicher Bestandteil dabei ist die genaue Messung von Biomolekülen wie Genen und Proteinen in einzelnen Zellen. Bisher gab es jedoch keine Werkzeuge, die in der Lage wären, gleichzeitig das winzige Volumen des Inhalts einer einzelnen Zelle – typischerweise in der Größenordnung von Pikolitern – zu verarbeiten und Biomoleküle in hochkonzentrierten Zellumgebungen zu quantifizieren.

Das Gerät mit dem Namen Nanofluidic Aptamer Nanoarray (oder kurz NANa) ist ein Nanokanal-basierter Chip, der für die digitale Analyse einzelner Moleküle in einer Probe mit einem ultrakleinen Volumen, das dem einer einzelnen Zelle entspricht, entwickelt wurde. Mithilfe synthetischer Antikörper, sogenannter Aptamere, kann NANa einzelne Moleküle von Zielproteinen selbst in hochkonzentrierten Proben stochastisch einfangen und digital nachweisen. Diese Aptamere, die an bestimmte Moleküle binden, sind in den Nanokanälen des Geräts dicht angeordnet.

Für die Zukunft planen die Forscher, praktische Demonstrationen mit echten Zellproben durchzuführen, die gewonnenen Messdaten zu digitalisieren und das Potenzial der Integration von KI-basierter Bilderkennungstechnologie und biologischen Big Data zu erkunden.

„Menschen sind komplexe Organismen, die aus einer großen Anzahl von Zellen bestehen“, erklärte Professor Xu. „Wir hoffen, dass NANa, das Informationen über die Anzahl der Biomoleküle in einzelnen Zellen digitalisiert, als Brücke zwischen Biowissenschaften und Informationswissenschaft dienen und den Weg für die Präzisionsmedizin der Zukunft ebnen wird.“

Die Forschungsergebnisse sollen in veröffentlicht werden Klein.