检测诊断DNA:一种用于提取无细胞DNA的微流体门控装置

从生物流体样品中分离和提取无细胞DNA (cfDNA)是一项艰巨的任务，因为样品的长度短且稀有。在最近的一项突破中，来自日本柴浦拉理工学院的科学家们开发了一种开道流体装置，可以有效地从人类血浆中提取和纯化DNA片段。该可重构装置可制备和分析液体活检样品，具有良好的选择性和可靠性。

在与癌症的战争中，治疗癌症的第一步是对问题的准确诊断。一项有助于制定更好治疗方案的技术是活组织检查。近年来，通过血液或其他体液而不是固体组织来检测疾病的液体活检因其非侵入性和直接的性质而比外科活检更受欢迎。

液体活检主要针对a分子标记被称为“无细胞DNA”(cfDNA)，它提供了样本中致病DNA存在的信息。要进行任何形式的分析，都必须提取和纯化cfDNA，这是一项具有挑战性的任务，因为它们的丰度很低。一种称为“固相萃取”的金标准cfDNA纯化方法依赖于DNA对固相的亲和力。然而，它不能产生少于200个碱基对(bp)的DNA片段——DNA的基本单位。但是，为什么对更小的片段敏感是必要的呢?据说循环肿瘤DNA (ctDNA)或致病DNA通常比cfDNA小。因此，对小于200 bp的DNA片段的敏感性可以更好地检测疾病。

液相萃取(LPE)、等速电泳(ITP)和DNA电动力学捕获等新技术可以促进这种不依赖大小的提取。然而，LPE是非常劳动密集型和耗时的。尽管ITP和电动捕获技术在快速自动提取和检测致病性DNA(如结核分枝杆菌(MTB))方面具有出色的能力，但还没有被用于cfDNA短片段的选择性纯化。

最近的一项研究发表在分析化学学报来自日本和美国的研究人员展示了一种新型的提取系统，它结合了ITP和电动捕获的力量。由日本涩浦理工学院(SIT)的Nobuyuki Futai教授领导的团队设计了一个开放的微流体系统，该系统使用瞬态ITP检测人类血浆样本中的MTB。Futai教授解释说:“毫米级射流装置我们开发的可移动凝胶门可以精确提取不同的物种。它使用ITP来纯化DNA，纯化的DNA可以很容易地提取为pcr准备的凝胶条。”

为了测试该设计的有效性，该团队使用该设备从加标的人类血浆中纯化和富集mtb基因组DNA片段。该流体系统回收率高，分离精确，对100-200 bp的cfDNA短片段敏感。该方法还可以纯化MTB DNA，用于进一步的qPCR分析。对其分离能力的进一步研究表明，用蛋白酶K处理血浆可产生血浆肽。这些多肽作为内源性间隔分子，提高了提取方法的分辨率。

设计的可重构开放微通道设备为分析技术(如PCR和深度测序)创建了一个多功能的样品制备平台。研究小组认为，他们的发现可以用于开发先进的纯化系统，从血浆或血清中回收核酸。

“大多数活检样本制备技术在DNA纯化过程中使用标记染料，这通常会导致污染和qPCR信号水平的降低。我们的可移动门设计创造的特定化学和筛分效果不仅确保了纯化DNA的良好回收，而且还消除了对标记染料的需要，”Futai教授评论道。“例如，这将能够从少量血液样本中准确诊断疾病和感染。”