Researchers have developed a breakthrough DNA-coated electrochemical sensor that could revolutionize access to affordable and easy-to-use diagnostics for diseases such as cancer, HIV, and influenza. Traditional diagnostic tools often rely on expensive equipment or require refrigeration, limiting their usability in low-resource or non-clinical settings. A major challenge with existing DNA-based electrochemical sensors has been rapid degradation of the DNA coating, necessitating immediate use and strict storage conditions. This constraint has significantly hindered practical applications, particularly in remote or challenging environments.
The innovation, developed by a team from MIT (Cambridge, MA, USA), features a gold leaf electrode coated with DNA and stabilized using polyvinyl alcohol (PVA), an inexpensive polymer. These sensors utilize CRISPR-associated Cas12 enzyme paired with guide RNA to detect specific DNA or RNA targets. When a target—such as a cancer-related gene—is present, the enzyme activates and non-specifically cleaves the DNA coating the electrode, altering the electrical signal. This change can be measured using a potentiostat, similar to glucose meter technology. The PVA coating acts as a protective shield, preventing oxidative damage and preserving the thiol-gold bond that anchors the DNA. Once dried, the PVA forms a barrier that protects the DNA until it is ready to be rinsed off.
Each sensor costs approximately 50 cents to produce, can be laminated onto plastic, and is designed for point-of-use applications, including home testing. Earlier versions were already capable of detecting HIV and HPV; the latest design further enhances usability by extending shelf life and simplifying implementation. In a study published in ACS Sensors, researchers demonstrated that the PVA coating preserved sensor stability for up to two months, even at temperatures reaching 150°F. After storage, the sensors successfully detected PCA3, a prostate cancer gene present in urine, and the method can be adapted for saliva samples, nasal swabs, and other sample types.
The research team plans to expand testing using real patient samples across various diseases. With support from MIT’s delta v accelerator, the group is exploring commercialization opportunities to deliver these stabilized sensors to low-resource regions without requiring refrigeration. They are also working on adapting the platform to respond to emerging infectious diseases and expanding distribution for broader use.
“Our goal is to continue conducting tests with patient samples for different diseases in real-world settings,” said Ariel Furst, the Paul M. Cook Career Development Associate Professor of Chemical Engineering at MIT and lead author of the study. “Previously, our limitation was that we had to manufacture the sensors on-site, but now that we can protect them, we can transport them. We don’t need refrigeration. This allows us to access much harsher or less-than-ideal environments for testing.”
— News Original —
Electrodo económico recubierto de ADN abre camino a diagnósticos desechables
Muchas personas en todo el mundo aún carecen de acceso a diagnósticos asequibles y fáciles de usar para enfermedades como el cáncer, el VIH y la gripe. Los sensores convencionales, si bien precisos, suelen depender de equipos costosos o requerir refrigeración, lo que limita su uso en entornos de bajos recursos o no clínicos. Una importante limitación de los sensores electroquímicos basados en ADN es que su recubrimiento se degrada rápidamente, lo que requiere que los sensores se preparen inmediatamente antes de su uso y se almacenen en condiciones estrictamente controladas. Esto limita significativamente su practicidad, especialmente en entornos hostiles o remotos. Investigadores han desarrollado una nueva solución que estabiliza estos sensores para una mayor vida útil y una mejor usabilidad, incluso a altas temperaturas, sin comprometer la precisión del diagnóstico.
Desarrollado por un equipo del MIT (Cambridge, MA, EUA), el nuevo sensor electroquímico utiliza un electrodo de hoja de oro recubierto de ADN y estabilizado con alcohol polivinílico (PVA), un polímero de bajo coste. Los sensores se basan en la enzima Cas12, asociada a CRISPR, que se combina con ARN guía para detectar dianas específicas de ADN o ARN. Cuando la diana, como un gen canceroso, está presente, la enzima se activa y escinde inespecíficamente el ADN que recubre el electrodo, alterando así la señal eléctrica. Esta señal se puede medir con un potenciostato, similar a la tecnología de los glucómetros. El recubrimiento de PVA actúa como una lona protectora, previniendo el daño oxidativo y preservando el enlace tiol-oro que fija el ADN. Una vez seco, el PVA forma una barrera que protege el ADN hasta que esté listo para enjuagarse. Estos sensores, que cuestan solo unos 50 centavos cada uno, se pueden laminar sobre plástico y están diseñados para aplicaciones en el punto de uso, incluyendo pruebas en el hogar. Las versiones anteriores ya eran capaces de detectar el VIH y el VPH; el último diseño mejora aún más la facilidad de uso al aumentar la vida útil y simplificar la implementación.
En el estudio publicado en ACS Sensors, los investigadores demostraron que el recubrimiento de PVA preservó la estabilidad del sensor hasta dos meses, incluso a temperaturas de hasta 150 °F. Tras el almacenamiento, los sensores detectaron con éxito PCA3, un gen del cáncer de próstata presente en la orina, y el método puede adaptarse a muestras de saliva, hisopos nasales y otros tipos de muestras. El equipo planea ahora ampliar las pruebas con muestras de pacientes reales de diversas enfermedades. Con el apoyo del acelerador de empresas delta v del MIT, el grupo está explorando oportunidades de comercialización para enviar los sensores estabilizados a regiones con bajos recursos sin necesidad de refrigeración. También están trabajando en la adaptación de la plataforma para responder a enfermedades infecciosas emergentes y ampliar su distribución para un uso generalizado.
“Nuestro objetivo es seguir realizando pruebas con muestras de pacientes contra diferentes enfermedades en entornos reales”, afirmó Ariel Furst, profesor adjunto de Desarrollo Profesional Paul M. Cook de Ingeniería Química en el MIT y autor principal del estudio. “Anteriormente, nuestra limitación era que teníamos que fabricar los sensores in situ, pero ahora que podemos protegerlos, podemos transportarlos. No necesitamos refrigeración. Esto nos permite acceder a entornos mucho más hostiles o poco ideales para realizar pruebas”.