Nanočastice modifikované chitozánom alebo poly-L-lyzínom na separáciu nukleových kyselín

Pandémia COVID-19 ukázala, akú dôležitú úlohu zohráva rýchla a spoľahlivá diagnostika pri odhaľovaní a monitorovaní infekčných ochorení. Nukleové kyseliny, vrátane RNA, sú dôležitými biomarkermi používanými pri detekcii, monitorovaní a liečbe širokej škály chorôb. Ich účinná izolácia z biologických vzoriek je však náročná najmä v prípadoch, keď sa vyskytujú vo veľmi nízkych koncentráciách.

Vedci z nášho ústavu (I. Antal, A. Antošová, V. Závišová, M. Kubovčíková, A. Juríková, P. Pillárova, V. Jedinák, Z. Gažová, M. Koneracká) skúmali inovatívny prístup založený na magnetických nanočasticiach pre účinnejšiu izoláciu RNA. Ich výsledky boli publikované v časopise Next Materials.

Výskumný tím sa zameral na magnetické nanočastice pokryté vrstvou oxidu kremičitého (SiO₂@MNPs) a skúmal, ako by sa dali upraviť ich povrchové vlastnosti, aby sa zlepšila ich interakcia s nukleovými kyselinami. Za týmto účelom výskumníci modifikovali povrch týchto SiO₂@MNPs dvoma kladne nabitými biopolymérmi – chitozánom  a poly-L-lyzínom.

Princíp tohto prístupu je jednoduchý: nukleové kyseliny nesú za experimentálnych podmienok záporný náboj, zatiaľ čo polymérom obalené SiO₂@MNPs sú kladne nabité, čo podporuje ich interakciu s RNA. Magnetické jadro zároveň umožňuje rýchlu separáciu častíc zo vzorky pomocou vonkajšieho magnetického poľa.

Vedci z ÚEF SAV podrobne charakterizovali modifikované častice z hľadiska ich veľkosti, tvaru, povrchového náboja, magnetických vlastností a ďalších relevantných charakteristík. Získané výsledky im umožnili určiť podmienky, za ktorých chitozán a poly-L-lyzín vytvorili na magnetických časticiach účinnú povrchovú vrstvu.

Najvýznamnejším výsledkom danej štúdie je výrazná RNA separačná schopnosť novo pripravených nanočastíc. Nanočastice modifikované chitozánom vyextrahovali 58,64 % RNA, zatiaľ čo pri nanočasticiach s povrchom modifikovaným poly-L-lyzínom bola účinnosť 33,99 %. Pre porovnanie, pôvodné SiO₂@MNPs nanočastice s negatívne nabitým povrchom vyextrahovali za rovnakých podmienok len 3,86 % RNA.

Tieto výsledky ukazujú, že modifikácia magnetických častíc kladne nabitou organickou vrstvou môže výrazne zlepšiť ich schopnosť viazať a izolovať RNA. Zároveň sa ukázalo, že účinnosť izolácie významne závisí od použitého povrchového polyméru. Nanočastice modifikované chitozánom dosiahli v porovnaní s poly-L-lyzínom výrazne vyššiu separačnú účinnosť, čo poukazuje na význam vhodnej voľby povrchovej úpravy pri vývoji materiálov určených na izoláciu nukleových kyselín.

Výsledky tejto štúdie potvrdzujú potenciál povrchovo funkcionalizovaných magnetických nanočastíc ako účinného nástroja na izoláciu nukleových kyselín. Ďalší vývoj týchto materiálov by mohol viesť k rýchlejším a efektívnejším metódam izolácie RNA z komplexných biologických vzoriek, s možným využitím v biomedicínskom výskume a diagnostických technológiách.

 

Text, foto: M. Koneracká