מערכת חדשנית לגילוי רצפי דנ״א תאיץ אבחון רפואי

הדוקטורנטית ריטה וילנסקי

הדוקטורנטית ריטה וילנסקי

חוקרים בטכניון פיתחו טכנולוגיה חדשנית המאפשרת גילוי רצפי דנ״א ברגישות גבוהה פי 1,000 ויותר מרגישותן של השיטות הקיימות. עקרונות המחקר יכולים לאפשר פיתוח מגוון רחב של מערכות אבחון רפואי פשוטות וזולות יחסית, למשל לצורך זיהוי מוטציות ידועות בדנ״א. המחקר מופיע על השער של כתב העת Advanced Functional Materials.

המערכת פותחה בשיתוף פעולה בין קבוצות המחקר של פרופ' אסתי סגל מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון ופרופ'-משנה מורן ברקוביץ' מהפקולטה להנדסת מכונות. הדוקטורנטית ריטה וילנסקי, שערכה את המחקר בהנחייתם, בנתה מערכת של ״מעבדה על שבב״ (lab on a chip) המשלבת (1) סנסור לזיהוי אופטי של מולקולות דנ״א ו (2) מערכת של תעלות מיקרוניות, המאפשרת את ריכוז הדנ״א על ידי הפעלת זרמים חשמליים על גבי השבב.

במעבדתה של פרופ׳ סגל מפתחים ביוסנסורים (חיישנים ביולוגיים) אופטיים המבוססים על שבבי סיליקון בעלי נקבוביות ננו-מטריות. "לשבב המחורר הזה יש טביעה אופטית אופיינית בתחום האור הנראה," מסבירה פרופ׳ סגל. "אנו קושרים אליו את אחד הגדילים המשלימים שמהם מורכבת מולקולת הדנ״א שברצוננו לזהות. כשנחשוף את השבב לשלל רצפים נוכל לזהות את הריאקציה שנוצרת באותו גדיל משלים המקובע לסיליקון.

"לכידה ספציפית של מולקולות הדנ״א בתוך מבנה הסיליקון גורמת לשינוי בספקטרום האור המוחזר מן השבב ומאפשרת לנו לזהות ולכמת בקלות מולקולות אלה, וכך 'לדוג' רצף ולדעת כמה ממנו יש לנו."

לדברי פרופ' סגל, אחת המגבלות העיקריות בתהליך זה היא רגישות החיישנים, שלעיתים איננה מספקת, בעיקר ליישומים של דיאגנוסטיקה רפואית. כאן חבר למחקר פרופ׳ ברקוביץ', המפתח שיטות מבוססות מיקרו-זרימה להעלאת ריכוזים של מולקולות ביולוגיות. "תוך שימוש בכימיה מתאימה, ובאמצעות הפעלת שדות חשמליים, אנו יכולים לרכז בנקודה זעירה את מולקולות הדנ"א שמעניינות אותנו ולשנע אותן אל עבר החיישן," מסביר פרופ' ברקוביץ'. "כך אנחנו 'מרמים' את החיישן ומציגים לו ריכוזים גבוהים פי 10,000 מהריכוזים הטבעיים בדגימה."

פרופ' אסתי סגל (מימין) ופרופ' משנה מורן ברקוביץ'.

פרופ' אסתי סגל (מימין) ופרופ' משנה מורן ברקוביץ'.

על ידי תכנון מושכל של מבנה הסיליקון וגידול מבוקר של שכבות תחמוצת מבודדות הצליחו החוקרים להפעיל מתחים חשמליים גבוהים על השבב תוך שמירה על המבנה הננו-מטרי המיוחד. "חיבור הטכנולוגיות איפשר לנו לשפר את רגישות החיישן בפקטור של בין 1,000 ל 10,000 בהשוואה להתקנים קיימים."

עבודת המחקר נתמכה על ידי מכון ראסל-ברי לננוטכנולוגיה.

קישור למאמר: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201570280/abstract

 

איור דימה אבלסקי

איור דימה אבלסקי