Ultrarapide, à faible coût la technologie de séquençage de l'ADN d'un pas de plus vers la réalité

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Une équipe de scientifiques de TJ Watson Research Center d'IBM Biodesign Institute et de l'Arizona State University ont développé un lecteur d'ADN prototype qui pourrait faire génome entier profilage d'une pratique quotidienne de la médecine.

Ultrarapide, à faible coût la technologie de séquençage de l'ADN d'un pas de plus vers la réalité

Un petit appareil, l'ADN lecture a été développé qui est un des milliers de fois plus petit que la largeur d'un cheveu humain. Le dispositif est suffisamment sensible pour distinguer les bases chimiques individuels d'ADN (connus par leurs lettres abrégées de A, C, T ou G) quand ils sont pompés devant la tête de lecture.

Crédit: Michael Northrop, Biodesign Institute à l'Université Arizona State

«Notre objectif est de mettre les dispositifs de diagnostic ADN et de protéines bon marché, simples et puissants dans le bureau de chaque médecin single," a déclaré Stuart Lindsay, un professeur de physique ASU et directeur du Centre de Biodesign de molécule unique de biophysique. Une telle technologie pourrait aider à ouvrir la voie à l'âge de la médecine personnalisée, où l'information à partir de profils d'ADN et de protéines complètes d'un individu pourrait être utilisé pour concevoir des traitements spécifiques à leur maquillage individuel.

Cette technologie de changement de jeu est nécessaire pour faire de séquençage du génome une réalité. L'obstacle actuel est de le faire pour moins de 1000 $, une somme pour laquelle les compagnies d'assurance sont plus susceptibles d'offrir le remboursement.

Dans leur dernière percée de la recherche, l'équipe façonnée, un dispositif de lecture de l'ADN petit un des milliers de fois plus petite que la largeur d'un cheveu humain.

Le dispositif est suffisamment sensible pour distinguer les bases chimiques individuels d'ADN (connus par leurs lettres abrégées de A, C, T ou G) quand ils sont pompés devant la tête de lecture.

A fait la preuve de concept, en utilisant des solutions de bases de l'ADN individuels, qui ont donné des signaux clairs suffisamment sensibles pour détecter des quantités minuscules d'ADN (concentrations nanomolaires), mieux encore qu'aujourd'hui son état-of-the-art, dite de prochaine génération de la technologie de séquençage de l'ADN.

Faire le dispositif à l'état solide, ce est comme faire un sandwich, juste avec des outils de semi-conducteurs de haute technologie ultra utilisés pour couper et empiler les couches atomiques taille de viandes et de fromages comme le bloc de la boucherie. Le secret est de faire tranche et empiler les couches juste si, pour mettre l'information chimique de l'ADN dans un changement dans le signal électrique.

Tout d'abord, ils ont fait un «sandwich» composé de deux électrodes métalliques séparées par une couche isolante épaisse deux nanomètres (un nanomètre est 10 000 fois plus petites qu'un cheveu humain), fabriqués en utilisant une technologie de semi-conducteurs appelé dépôt de couches atomiques.

Ensuite, un trou est découpé à travers le sandwich: bases de l'ADN à l'intérieur du trou sont lues lors de leur passage l'écart entre les couches métalliques.

"La technologie que nous avons développé est peut-être la première grande étape dans la construction d'un dispositif de séquençage de molécule unique basé sur la technologie ordinaire de puce d'ordinateur", a déclaré Lindsay.

"Les tentatives précédentes pour faire des jonctions tunnel pour la lecture de l'ADN eu une électrode face à un autre dans un petit espace entre les électrodes et les lacunes dû être ajusté à la main. Il était donc impossible d'utiliser des méthodes de fabrication de puces d'ordinateur pour fabriquer des dispositifs», a déclaré Lindsay .

«Notre approche de la définition de l'écart à l'aide d'une fine couche de diélectrique (isolant) matériau entre les électrodes et d'exposer cette lacune en perçant un trou à travers les couches est beaucoup plus facile," dit-il. "Qui plus est, la technologie de reconnaissance de tunnel nous avons développé nous permet de faire un écart relativement important (de deux nanomètres) par rapport aux plus petites lacunes requis précédemment pour courant tunnel de lecture (qui étaient moins d'un nanomètre de large). La possibilité d'utiliser des écarts plus importants pour le tunneling permet la fabrication de l'appareil beaucoup plus facile et donne des molécules d'ADN de place pour passer les électrodes ".

Plus précisément, quand un courant est passé à travers le nanopore, comme l'ADN traverse, il provoque un pic dans le courant unique, pour chaque base chimique (A, C, G ou T) dans la même molécule d'ADN. A quelques modifications sont apportées pour polir et finir la fabrication de l'appareil.

L'équipe a rencontré des variations considérables d'appareil à appareil, si l'étalonnage sera nécessaire pour rendre la technologie plus robuste. Et la grande étape finale - de réduire le diamètre du trou à travers le dispositif à celle d'une seule molécule d'ADN - n'a pas encore été prise.

Mais dans l'ensemble, l'équipe de recherche a mis au point une solution évolutive processus de fabrication pour réaliser un dispositif qui peut fonctionner de manière fiable pendant des heures à la fois, d'identifier chacune des bases de l'ADN chimiques tout en se écoulant à travers l'espace de deux nanomètres.

L'équipe de recherche travaille également sur la modification de la technique de lire d'autres molécules simples, qui pourraient être utilisés dans une technologie importante pour le développement de médicaments.

Les derniers développements pourraient également apporter dans les grandes entreprises pour ASU. Lindsay, surnommé un «entrepreneur en série» par les médias, a une nouvelle entreprise de spin-out, appelé reconnaissance Analytix, qui espère suivre le succès de Molecular Imaging Corp, une société de instrument similaire, il a co-fondé en 1993, et vendu à Agilent Technologies dans 2005.