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DNA circuit-based immunoassay for ultrasensitive protein pattern classification
Analyst ( IF 3.6 ) Pub Date : 2024-08-29 , DOI: 10.1039/d4an00728j Antoine Masurier 1 , Rémi Sieskind 1 , Guillaume Gines 1 , Yannick Rondelez 1
Analyst ( IF 3.6 ) Pub Date : 2024-08-29 , DOI: 10.1039/d4an00728j Antoine Masurier 1 , Rémi Sieskind 1 , Guillaume Gines 1 , Yannick Rondelez 1
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Cytokines are important immune modulators, and pivotal biomarkers for the diagnostic of various diseases. In standard analytical procedure, each protein is detected individually, using for instance gold standard ELISA protocols or nucleic acid amplification-based immunoassays. In recent years, DNA nanotechnology has been employed for creating sophisticated biomolecular systems that perform neuromorphic computing on molecular inputs, opening the door to concentration pattern recognition for biomedical applications. This work introduces immuno-PUMA (i-PUMA), an isothermal amplification-based immunoassay for ultrasensitive protein detection. The assay couples the convenience of supported format of an ELISA protocol with the computing capabilities of a DNA/enzyme circuit. We demonstrate a limit of detection of 2.1 fM, 8.7 fM and 450 aM for IL12, IL4 and IFNγ cytokines, respectively, outperforming the traditional ELISA format. i-PUMA's versatility extends to molecular computation, allowing the creation of 2-input perceptron-like classifiers for IL12 and IL4, with tunable weight sign and amplitude. Overall, i-PUMA represents a sensitive, low-cost, and versatile immunoassay with potential applications in multimarker-based sample classification, complementing existing molecular profiling techniques.
中文翻译：
基于 DNA 电路的免疫分析，用于超灵敏蛋白质模式分类
细胞因子是重要的免疫调节剂，也是诊断各种疾病的关键生物标志物。在标准分析程序中，每种蛋白质都被单独检测，例如使用金标准 ELISA 方案或基于核酸扩增的免疫测定。近年来，DNA 纳米技术已被用于创建复杂的生物分子系统，该系统对分子输入进行神经形态计算，为生物医学应用的浓度模式识别打开了大门。这项工作介绍了 immuno-PUMA （i-PUMA），一种基于等温扩增的免疫分析方法，用于超灵敏蛋白质检测。该检测将支持的 ELISA 方案格式的便利性与 DNA/酶回路的计算功能相结合。我们证明 IL12、IL4 和 IFNγ 细胞因子的检测限分别为 2.1 fM、8.7 fM 和 450 aM，优于传统 ELISA 形式。i-PUMA 的多功能性延伸到分子计算，允许为 IL12 和 IL4 创建类似 2 输入感知器的分类器，具有可调的权重符号和振幅。总体而言，i-PUMA 代表了一种灵敏、低成本和多功能的免疫测定法，在基于多标志物的样本分类中具有潜在应用，补充了现有的分子分析技术。
更新日期：2024-08-29
中文翻译：
基于 DNA 电路的免疫分析，用于超灵敏蛋白质模式分类
细胞因子是重要的免疫调节剂，也是诊断各种疾病的关键生物标志物。在标准分析程序中，每种蛋白质都被单独检测，例如使用金标准 ELISA 方案或基于核酸扩增的免疫测定。近年来，DNA 纳米技术已被用于创建复杂的生物分子系统，该系统对分子输入进行神经形态计算，为生物医学应用的浓度模式识别打开了大门。这项工作介绍了 immuno-PUMA （i-PUMA），一种基于等温扩增的免疫分析方法，用于超灵敏蛋白质检测。该检测将支持的 ELISA 方案格式的便利性与 DNA/酶回路的计算功能相结合。我们证明 IL12、IL4 和 IFNγ 细胞因子的检测限分别为 2.1 fM、8.7 fM 和 450 aM，优于传统 ELISA 形式。i-PUMA 的多功能性延伸到分子计算，允许为 IL12 和 IL4 创建类似 2 输入感知器的分类器，具有可调的权重符号和振幅。总体而言，i-PUMA 代表了一种灵敏、低成本和多功能的免疫测定法，在基于多标志物的样本分类中具有潜在应用，补充了现有的分子分析技术。
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