Roh, Y. H., Lee, C. Y., Lee, S., Kim, H., Ly, A., Castro, C. M., ... & Lee, H. (2023). CRISPR‐enhanced hydrogel microparticles for multiplexed detection of nucleic acids. Advanced Science, 10(10), 2206872.
1. Hydrogel Microparticles (HMPs) + Cas12a/gRNA
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HMP: 다공성 구조의 하이드로겔 미세입자.
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각 입자에 Cas12a 단백질과 gRNA를 결합 → 특정 DNA/RNA 탐지 가능.
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입자에는 공간 코드가 새겨져 있어 어떤 타겟에 반응하는 입자인지 구분 가능.
2. F-Q Probe
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형광(F)과 quencher(Q)가 결합된 단일가닥 DNA.
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타겟이 인식되면 Cas12a가 이 프로브를 잘라서 형광 신호 발생.
3. Microfluidic Chip + Oil
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미세유체칩에서 HMP를 포획하고 주변을 기름(oil) 으로 둘러싸 시그널을 뚜렷하게 함.
4. Machine Learning
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HMP의 코드와 형광 세기를 인식하는 딥러닝 모델(Mask R-CNN)로 자동 분석.
Hydrogel의 역할
역할 | 설명 |
1. 반응 용기 역할 | Cas12a/gRNA를 HMP 안에 고정 → 각 입자가 특정 타겟에 반응하도록 설정 가능. |
2. 반응 분리 | 여러 입자가 혼합되어 있어도 서로 간섭하지 않음 → Multiplexing (동시다중검출) 가능. |
3. 반응 효율 증가 | 다공성 구조 덕분에 시료와 형광 프로브가 쉽게 침투 → 확산 속도 빠름, 효율적인 반응. |
4. 비특이적 결합 억제 | 하이드로겔은 일반적으로 non-fouling → 복잡한 생체시료에서도 배경 신호 낮춤. |
5. 형광 시그널 보존 | 형광 프로브가 HMP 안에서만 반응하므로, 시그널이 새지 않고 입자 안에 머무름. |
HMP(Hydrogel Microparticles)가 중요한 이유
기존 CRISPR 시스템은 하나의 반응액 안에서 Cas12a가 형광 프로브를 마구 자르기 때문에 여러 타겟을 동시에 탐지하기 어렵고, 서로 간섭하는 문제가 있음
그런데 이 논문에서는 Cas12a/gRNA를 각각의 hydrogel 입자 안에 고정하고, 각 입자를 다른 타겟 DNA에 특이적인 시스템으로 설정했기 때문에, 한 튜브 안에서 여러 타겟을 동시에 탐지하는 게 가능함