Φορητός Αισθητήρας για Καινοτόμες Διαγνώσεις

Ερευνητές του MIT έχουν αναπτύξει έναν αισθητήρα που αξιοποιεί την τεχνολογία γονιδιακής επεξεργασίας CRISPR για τη διάγνωση διαφόρων ασθενειών, ακόμη και σε ακραίες περιβαλλοντικές συνθήκες. Ο συγκεκριμένος αισθητήρας, που κατασκευάζεται από φθηνά υλικά, είναι ανθεκτικός και μπορεί να λειτουργεί για εβδομάδες χωρίς ψύξη, καθιστώντας τον ιδανικό για χρήση σε καταστάσεις που δεν προσφέρονται για παραδοσιακή εργαστηριακή εξέταση. Ο ηλεκτροχημικός αισθητήρας χρησιμοποιεί ένα ένζυμο που κωδικοποιεί την ικανότητα να “κόβει” το DNA, στοιχείο που προέρχεται από την τεχνολογία CRISPR.

Λειτουργία και Αποτελεσματικότητα του Αισθητήρα

Όταν το ένζυμο εντοπίσει μια σχετική στόχο, όπως ένα γονίδιο που συνδέεται με τον καρκίνο, ενεργοποιείται και κατακερματίζει το DNA κοντά στο ηλεκτρόδιο του αισθητήρα. Αυτή η διαδικασία παράγει μια μεταβολή στο ηλεκτρικό σήμα, αποκαλύπτοντας την παρουσία της ασθένειας. Ωστόσο, οι προηγούμενοι αισθητήρες είχαν την περιοριστική ανάγκη για άμεση κατασκευή και ψύξη, καθώς η επικάλυψη DNA κατέρρεε γρήγορα. Οι ερευνητές κατάφεραν να λύσουν αυτό το ζήτημα, προσθέτοντας ένα απλό πολυμερές επίχρισμα που διατηρεί τη σταθερότητα του DNA για έως και δύο μήνες, ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες.

Αυτή η καινοτομία προβλέπεται να έχει έντονη εφαρμογή στην ιατρική, καθώς ο αισθητήρας έχει ήδη αποδείξει την ικανότητά του να ανιχνεύει το PCA3, έναν βιοδείκτη που σχετίζεται με τον καρκίνο του προστάτη, μέσω δειγμάτων ούρων. Με κόστος παραγωγής μόλις 50 σεντς, οι αισθητήρες αυτοί αντιπροσωπεύουν μια οικονομικά προσιτή λύση για την ιατρική διάγνωση, ιδίως σε περιοχές με περιορισμένους πόρους.

Αλληλεπίδραση Δεδομένων και Νέα Πρόσβαση στη Διάγνωση

Η Άριελ Φουρστ, καθηγήτρια χημικής μηχανικής στο MIT και κύρια ερευνήτρια της μελέτης, επισήμανε: «Εστιάζουμε στη διάγνωση που οι περισσότεροι άνθρωποι δεν μπορούν να προσεγγίσουν εύκολα, και ο στόχος μας είναι να δημιουργήσουμε έναν αισθητήρα που θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο σπίτι». Οι ηλεκτροχημικοί αισθητήρες ανιχνεύουν ασθένειες παρακολουθώντας αλλαγές στο ηλεκτρικό ρεύμα όταν ένα μόριο-στόχος αλληλεπιδρά με το ενδεδειγμένο ένζυμο. Στην περίπτωση του αισθητήρα του MIT, χρησιμοποιείται μια χρυσή λωρίδα που έχει επικαλυφθεί με DNA, με το DNA αυτό να σταθεροποιείται μέσω ενός μορίου θειόλης.

Μετά την αποθήκευση, η ερευνητική ομάδα συνέχισε με επιτυχία τις δοκιμές, ανιχνεύοντας γενετικό υλικό από ιούς όπως ο HIV και ο HPV, μέσω ενός προγραμματιζόμενου οδηγού RNA που συνδέεται με το Cas12, ένα ένζυμο σχετικό με το Cas9 του CRISPR. Όταν το μόριο-στόχος είναι παρόν, το Cas12 ενεργοποιείται, κόβοντας το περιβάλλον DNA και ενεργοποιώντας έτσι την ανίχνευση της ασθένειας.

Σύμφωνα με τη Φουρστ, «όταν το Cas12 είναι ενεργό, λειτουργεί σαν μηχανή χορτοκοπτικής που καταστρέφει όλο το DNA στο ηλεκτρόδιο, σβήνοντας το σήμα». Οι προηγούμενες εκδόσεις των αισθητήρων απαιτούσαν πολύπλοκες διαδικασίες εφαρμογής του επίχρισματος DNA, αλλά η ομάδα χρησιμοποίησε πολυβινυλική αλκοόλη (PVA) για να σχηματίσει προστατευτική μεμβράνη πάνω στο DNA, επεκτείνοντας σημαντικά τη διάρκεια ζωής του αισθητήρα.

Λόγω της ικανότητας του αισθητήρα να παραμένει σταθερός και λειτουργικός για διάστημα τουλάχιστον δύο μήνες σε θερμοκρασίες έως 65 βαθμούς Κελσίου, αναμένεται να προσφέρει νέες δυνατότητες όχι μόνο στη διάγνωση καρκίνου αλλά και σε λοιμώδεις ασθένειες, όπως ο HPV και ο HIV.

Προοπτικές και Εφαρμογές στην Πραγματική Ζωή

Προβλέπεται ότι η πλατφόρμα θα είναι ευέλικτη, ικανή να στοχεύει νέους παθογόνους οργανισμούς και να προσαρμόζεται σε διαφορετικούς τύπους δειγμάτων, όπως σάλιο και ρινικά επιχρίσματα. Όσον αφορά την πρακτική εφαρμογή, μέλη του εργαστηρίου της Φουρστ έχουν ενταχθεί στον επιταχυντή startup delta v του MIT, όπου οι αισθητήρες θα δοκιμαστούν σε πραγματικές συνθήκες.

Η μελέτη αυτή σημειώθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση «ACS Sensors» και ενδυναμώνει την προοπτική για έναν πιο προσιτό και πρακτικό τρόπο διάγνωσης ασθενειών, προσφέροντας ελπίδες για αρκετούς ασθενείς που δεν είχαν πρόσβαση σε τέτοιες τεχνολογίες μέχρι σήμερα.