En trio kemiingenjörer från University of Florida har utvecklat en ”lab-on-a-chip”-process som kan göra stor skillnad för DNA-forskning och i slutändan även för patienter.
Mikrofluidteknik förminskar komplexa laboratorieprocesser – som blandning, reaktioner, separationer etc. – till enheter som är lika stora som ett mikroskopglas. UF-teamet har utvecklat en mikrofluidisk enhet för DNA-rening som kan påskynda analysen av laboratorieprover och matcha eller överträffa renheten hos befintliga metoder.
I sin artikel ”Microfluidic Purification of Genomic DNA” beskriver UF-professorerna Jason Butler, Ph.D., och Tony Ladd, Ph.D., tillsammans med sin fjärdeåriga doktorand och forskningsassistent Jiayi Wang, sin nya enhet, som extraherar genomiskt DNA utan centrifuger, magnetiska pärlor eller geler. Artikeln publicerades i Proceedings of the National Academy of Sciences.
Rening avlägsnar föroreningar från DNA-prover, vilket säkerställer integriteten hos det genetiska materialet och ger mer exakta resultat.
För att rena DNA måste enskilda celler brytas upp, proteiner och andra föroreningar avlägsnas och det renade DNA:t återvinnas.
Nuvarande extraktionsprotokoll bryter ofta sönder DNA-molekylerna i små fragment, på grund av påfrestningar från centrifugering eller från spänningen i en strömmande vätska som drar i bundna DNA-molekyler. Butler och Ladd tror att deras mikrofluidikprotokoll är mildare och kommer att minska DNA-fragmenteringen.
Jiayi Wang, doktorand vid University of Florida. Foto: Dave Schlenker/UF
Grundarbetet för den nya anordningen inleddes 2006 med bidrag från flera olika doktorander, men ”det var Jiayi som lyckades med de kritiska stegen att extrahera det renade DNA:t och visa dess renhet med biokemiska standardanalyser. Hon förtjänar mycket beröm för sin uthållighet när det gäller att övervinna många hinder”, säger Ladd.
Apparaten, som är lika stor som en mikroskopskiva, använder vätskeflöde och elektriska fält för att pressa förorenade DNA-lösningar genom en kanal som är ca 100 mikrometer stor, vilket motsvarar storleken på ett hårstrå. Vätskeflödet förvränger upprullat DNA till långsträckta former, vilket gör att det elektriska fältet kan trycka dem mot kanalväggarna.
”DNA:t rör sig mot kanalens väggar och byggs upp, medan alla andra komponenter i provet förs bort av vätskeflödet”, säger Butler.
Hur passar den här forskningen in i ett större sammanhang?
”DNA-sekvensering kan användas för att identifiera sjukdomar, t.ex. cancer”, förklarar Butler. ”Sekvenserare med långa läsningar kan känna igen regioner i genomet som är svåra att identifiera från korta sekvenser men som misstänks vara förknippade med cancer.”
Eftersom det är enkelt att förbereda prover kommer mikrofluidisk extraktion sannolikt att leda till en bredare användning av long-read-sekvenserare, som sekvenserar DNA i långa strängar utan att bryta ner dem i mindre fragment.
Wang tar sin examen i maj, men hennes arbete kommer att fortsätta.
”Den mest värdefulla lärdomen från den här erfarenheten var att lära sig att ta itu med utmaningar och samtidigt behålla en positiv inställning, även i svåra situationer”, säger hon. ”Dessa erfarenheter gav mig självförtroendet att söka en forskartjänst efter examen.”
För mer information: Jiayi Wang et al, Microfluidic purification of genomic DNA, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2417757122
