Un chip eléctrico de grafeno detecta mutaciones en el ADN

Bioingenieros de la Universidad de California en San Diego (UCSD, EE.UU.) han desarrollado un chip eléctrico de grafeno capaz de detectar mutaciones en el ADN.

Los investigadores dicen que la tecnología podría usarse algún día en diversas aplicaciones médicas, tales como pruebas de sangre para la detección temprana del cáncer, el seguimiento de biomarcadores de una enfermedad y la detección en tiempo real de secuencias virales y microbianas.  El avance se ha publicado en la edición temprana en línea de Proceedings of the National Academy of Sciences.
 
«Estamos en la vanguardia del desarrollo de un método digital rápidao y de bajo coste para detectar mutaciones genéticas en alta resolución -a la escala de un único cambio de nucleótido en una secuencia de ácido nucleico», dice Ratnesh Lal, profesor de bioingeniería, ingeniería mecánica y de ciencia de materiales de la Escuela Jacobs de Ingeniería de la Universidad de California en San Diego, en la nota de prensa de ésta.

La tecnología, que está en una etapa de prueba de concepto, es un primer paso hacia un chip biosensor que se pueda implantar en el cuerpo para detectar una mutación específica de ADN en tiempo real, y transmitir la información de forma inalámbrica a un dispositivo móvil, como un teléfono inteligente o una computadora portátil.
 
El equipo dirigido por Lal, y Gennadi Glinski, ambos del Instituto de Ingeniería Médica de la universidad, ha desarrollado una nueva técnica para detectar la mutación genética más común, el polimorfismo de un solo nucleótido (SNP), que es una variación de una sola base de nucleótido (A, C, G o T) en la secuencia de ADN.
 
Mientras que la mayoría de los SNPs no tienen ningún efecto discernible sobre la salud, algunos están asociados a condiciones patológicas como el cáncer, la diabetes, las enfermedades del corazón, las enfermedades neurodegenerativas, o las enfermedades autoinmunes e inflamatorias.
 
Los métodos actuales de detección de SNP son relativamente lentos, caros y requieren el uso de equipo engorroso. «Estamos desarrollando una manera rápida, fácil, barata y portátil para detectar SNPs utilizando un pequeño chip que puede funcionar con su teléfono móvil», dice Preston Landon, co-primer autor del artículo de PNAS.
 
El chip consiste en una sonda de ADN incorporada en un transistor de efecto campo de grafeno. La sonda de ADN es una pieza de ingeniería de ADN de doble cadena que contiene una secuencia que codifica un tipo específico de SNP. El chip está específicamente diseñado y fabricado para capturar ADN (o ARN) moléculas con una única mutación de nucleótidos: siempre que estas piezas de ADN (o ARN) se unen a la sonda, se produce una señal eléctrica.

Novedad
 
Los investigadores señalan que una característica novedosa de su chip es que la sonda de ADN se une a un transistor de grafeno, que permite al chip funcionar electrónicamente.

«Este es el primer ejemplo de la combinación de nanotecnología de ADN dinámica con un sensor electrónico de alta resolución. El resultado es una tecnología que podría utilizarse con dispositivos electrónicos inalámbricos para detectar SNPs», dice Michael Hwang, estudiante de doctorado de ciencia de los materiales y co-primer autor del estudio.
 
El uso de una sonda de ADN de doble cadena en la tecnología desarrollada por el equipo de Lal es otra mejora sobre otros métodos de detección de SNP, que típicamente utilizan sondas de ADN de cadena sencilla. Con una sonda de ADN de doble cadena, solamente una cadena de ADN que sea un complemento perfecto a la cadena normal es capaz de producir la señal eléctrica. «Una sonda de ADN de cadena sencilla no proporciona esta selectividad», dice Lal.
 
Otra ventaja de una sonda de ADN de cadena doble es que la sonda puede ser más larga, lo que permite que el chip detecte SNPs en tramos más largos de ADN. En este estudio, Lal y su equipo informaron de la detección de SNP con una sonda de 47 nucleótidos de longitud: la sonda de ADN más larga que se ha utilizado en la detección de SNP hasta ahora, afirman.
 
Los próximos pasos incluyen la ampliación de la tecnología y la adición de capacidad inalámbrica al chip. Más adelante, los investigadores prevén probar el chip en el ámbito clínico y utilizarlo para realizar biopsias de líquidos. También prevén que la tecnología pueda conducir a una nueva generación de métodos diagnósticos y tratamientos personalizados en medicina.

Referencia bibliográfica:
 
Michael T. Hwang, Preston B. Landon, Joon Lee, Duyoung Choi, Alexander H. Mo, Gennadi Glinsky, y Ratnesh Lal. Highly specific SNP detection using 2D graphene electronics and DNA strand displacement. Proceedings of the National Academy of Sciences (2016).