Multiplexed electronic counting of scarce protein targets using nucleic acid nanoparticles

使用核酸纳米粒子对稀有蛋白质靶标进行多重电子计数

基本信息

项目摘要

PROJECT SUMMARY This interdisciplinary project synergizes the expertise of three research groups for a proof-of-principle demonstration of a novel approach for accurate and sensitive detection of scarce protein biomarkers. The key innovative element of the approach is the use of wireframe-like nucleic acid nanoparticles (NANPs) to bind protein targets with high affinity either directly or by means of auxiliary antibody proteins. Binding of the protein targets is detected by first incubating the sample with a cocktail of NANPs and then examining them using a nanopore in a solid-state membrane. Protein detection relies on measurement of the ionic current flowing through the nanopore: the ionic current and particle dwell time decreases by a characteristic amount when a NANP of a certain type enters the nanopore. Importantly, by matching the physical dimensions of the NANP to the physical dimension of the nanopore, we expect to dramatically increase the residence type of the nucleic acid nanoparticles within the nanopore and thereby achieve ultra-sensitive (sub-picomolar range) detection of the protein-bound biomarkers. By designing our NANP probes to produce distinct ionic signatures when bound to their protein targets, we will achieve multiplex detection of several protein species using the same nanopore as well as combinatorial detection of biomarkers by assembling the NANP probes and protein biomarkers into a sandwich like structures. The project will be carried out by the Afonin group at UNC Charlotte that will design NANPs, the Wanunu group at Northeastern University that will perform the nanopore detection experiments, and the Aksimentiev group that will use an arsenal of modeling techniques to optimize and improve the detection strategy. Our ultra-sensitive, portable, rapid, and potentially low-cost technology for quantification of protein levels is expected to find broad use for the analysis of biological samples, eventually offering sensitive, reliable, and minimally invasive identification of disease-indicative biomarkers that could be important innovations for early-stage diagnostics of cancer and other diseases.
项目摘要 这个跨学科的项目协同基本证明的三个研究小组的专业知识协同 证明一种新的方法,可准确检测稀缺的蛋白质生物标志物。钥匙 该方法的创新元素是使用线框样核酸纳米颗粒(NANP)结合 直接或通过辅助抗体蛋白直接或高亲和力的蛋白靶标。蛋白质的结合 通过首先将样品与Nanp的鸡尾酒一起孵育,然后使用A进行检查,然后使用A 固态膜中的纳米孔。蛋白质检测依赖于流过的离子电流的测量 纳米孔:离子电流和粒子停留时间在A的NANP时减少了一个特征量 某些类型进入纳米孔。重要的是,通过将NANP的物理维度与物理匹配 纳米孔的尺寸,我们期望大大增加核酸的居住类型 纳米孔内的纳米颗粒,从而实现了超敏感的(亚曲面范围)检测 蛋白质结合的生物标志物。通过设计我们的NANP探针以产生不同的离子特征。 它们的蛋白质靶标,我们将使用相同的纳米孔进行多种蛋白质的多重检测 以及通过将NANP探针和蛋白质生物标志物组装成一个生物标志物的组合检测 三明治喜欢结构。该项目将由UNC Charlotte的Afonin Group进行,该项目将设计 Nanps,Nanps的东北大学Wanunu集团,将进行纳米孔检测实验,并 Aksimentiev组将使用建模技术的武器库来优化和改进检测 战略。我们的超敏感,便携式,快速且潜在的低成本技术,用于定量蛋白质 预计水平将在分析生物样品的分析中找到广泛的用途,最终提供敏感,可靠, 以及对疾病指标生物标志物的最低侵入性鉴定,这可能是重要的创新 癌症和其他疾病的早期诊断。

项目成果

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