Пластырь с микроиглами детектирует внеклеточную ДНК в тканевой жидкости

Интерстициальная (тканевая) жидкость содержит большое количество бирмаркеров (белков, клеток, нуклеиновых кислот). Их отслеживание в реальном времени с помощью носимых устройств может сыграть важную роль в мониторинге прогрессирования болезней и состояния пациента. Большие надежды возлагаются на устройства с микроиглами, которые достигают тканевой жидкости безвредно и безболезненно для пациента.

Исследователи из Китая создали биосенсор на основе системы CRISPR-Cas9, который позволяет экстрагировать и отслеживать присутствие внеклеточной ДНК в реальном времени без предварительной амплификации. Они опробовали новый подход для мониторинга ДНК вируса Эпштейна-Барр (EBV) и других последовательностей внеклеточной ДНК.

Биосенсор состоит из мембраны, на которую нанесен функционализированный карбоновыми нанотрубками компонент с катодом и анодом, который привлекает внеклеточную ДНК путем обратного ионофореза. Детекция производится с помощью системы CRISPR-Cas9 и микроигл. Каталитически неактивный белок Cas9 в комплексе с гидРНК (dRNP) может специфически связывать тергетную ДНК. Такая гибридизация детектируется с помощью графенового интерфейса на микроиглах, в результате чего возникает электрический сигнал.

Сначала работу биосенсора опробовали на внеклеточной ДНК EBV в растворе. Комплекс dRNP был закреплен на микроэлектроде. Авторы оптимизировали последовательность гидРНК и продемонстрировали специфичность распознавания ДНК EBV по сравнению с последовательностями других вирусов.

После проверки работоспособности идеи авторы получили полноценный носимый пластырь с микроиглами. Исследователи проверили биобезопасность пластыря: он не раздражал кожу добровольцев.

После этого работу биосенсора продемонстрировали in vitro на чипе, симулирующем человеческую кожу с тремя слоями — эпидермисом, дермой и эндотелием. Устройство детектировало внеклеточную ДНК EBV даже в присутствии 60% фетальной бычьей сыворотки. Сигнал оставался стабильным в течение примерно 30 минут, а время мониторинга в 75 минут считалось достаточным.

Авторы показали, что биосенсор детектирует другую внеклеточную ДНК, которая может быть ассоциирована с сепсисом или трансплантацией. Также пластырь опробовали на голых мышах: биосенсор детектировал внеклеточную ДНК EBV. Стабильность пластыря in vivo продемонстрировали в течение 10 дней.