بررسي ميزان بيان miRNA جهت تشخيص زودهنگام سرطان با استفاده از دروازه‌هاي منطقي DNA

Profiling the miRNAs for Early Cancer Detection using DNA-based Logic Gates

زمينه و هدف: محاسبات مبتني بر DNA زمينه تحقيقاتي نويني است كه امكان محاسبه و تصميمگيري درون بافت زنده را با دقت بسيار بالا فراهم ميكند. پژوهشهاي نوين گوياي آن است كه ميزان بيان بيوماركرهايي نظير miRNA با وقوع شرايط رخداد بيماري‌هايي مانند انواع سرطان‌ها رابطه معناداري دارد. محاسبات DNA به عنوان روشي كمهزينه، سريع و دقيق براي تشخيص اين بيوماركرها معرفي شده است. در اين پژوهش روند آزمايشگاهي ساخت گيتهاي منطقي مبتني بر DNA با هدف تشخيص ميزان بيان miR-21 به عنوان بيوماركر سرطان ريه بررسي ‌شده است. مواد و روش­ ها: ابتدا رشته­ مورد نياز براي طراحي گيت DNA سنتز گرديد. سپس دو رشتهاي گيت منطقي با انجام يك گراديان دمايي ايجاد شده و در يك پروسه دقيق با استفاده از الكتروفورز تخليص شده است. اين دو رشته به عنوان ماشين محاسبه منطقي براي تشخيص سطح بيان miR-21 استفاده مي­شود. ورودي گيت طراحي‌شده، رشته miR-21 است و پس از انجام محاسبه، ميزان بيان miR-21 با اندازهگيري مقدار فلورسنت آزاد شده، مشخص ميشود. يافته ­ها: گيت منطقي طراحي‌شده در ابتدا روي رشتههاي ورودي سنتز شده سپس روي بافت توموري واقعي تست شده است. نتايج آزمايشهاي انجام‌شده نشاندهنده آن است كه ميزان قدرت تفكيك به دست آمده، حدود 5/2 برابر بهتر از روش‌هاي مشابه ميباشد. نتيجه­ گيري: نتايج آزمايش گيت منطقي روي بافت توموري نيز موفقيت‌آميز بوده و قابليتهاي روش ارائه‌شده را تأييد مينمايد. نتايج گوياي آن است كه اين روش از نظر زمان انجام و هزينه در حد قابل‌توجهي از روش Real time PCR مناسبتر ميباشد.

Background: DNA-based computing is an emerging research aspect that enables the in-vivo computation and decision making with significant correctness. Recent papers show that the expression level of miRNAs are related to the progress status of some diseases such as cancers and DNA computing is introduced as a low cost and concise technique for detection of these biomarkers. In this paper, DNA-based logic gates are implemented in the laboratory to detect the level of miR-21 as the biomarker of cancer. Materials and Methods: At the first, required strands for designing DNA gates are synthesized. Then, double stranded gate is generated in laboratory using a temperature gradient that followed by electrophoresis process. This double strand is the computation engine for detecting the miR-21 biomarker. miR-21 is as input in designed gate. At the end, the expression level of miR-21 is identified by measuring the generated fluorescent. Results: at the first stage, the proposed DNA-based logic gate is evaluated by using the synthesized input strands and then it is experimented on a tumor tissue. Experimental results on synthesized strands show that its detection quality/correctness is 2.5x better than conventional methods. Conclusion: Experimental results on the tumor tissues are successful and are matched with those are extracted from real time PCR results. Also, the results show that this method is significantly more suitable than real time PCR in view of time and cost.