Tổng quan về kỹ thuật Convective PCR (cPCR) – Phần 1

Giới thiệu

Polymerase chain reaction (PCR) là công cụ hữu ích trong chẩn đoán sinh học phân tử, cho phép các đoạn DNA mục tiêu được nhân bản lên nhiều lần, tạo ra hàng triệu đến hàng tỷ bản sao dựa trên các chu trình kỳ luân nhiệt. Thành phần một phản ứng PCR gồm: polymerase chịu nhiệt (Taq polymerase); 4 loại nucleotide dATP/dTTP/dGTP/dCTP; DNA chứa trình tự mục tiêu (Template); Cặp mồi đặc hiệu (Primer); Mg2+ (MgCl2); Dung dịch đệm Tris-KCl (PCR Buffer). Trong đó, một chu kỳ nhiệt của PCR gồm 3 giai đoạn (Hình a): 

– Giai đoạn biến tính: Nhiệt độ sẽ được đưa lên 94°C, các liên kết hydro sẽ bị phá vỡ khiến DNA bị biến tính trở thành dạng mạch đơn.

– Giai đoạn bắt cặp: Nhiệt độ được hạ xuống 55 – 65°C, các đoạn mồi sẽ bắt cặp bổ sung vào 2 đầu trình tự mục tiêu. 

– Giai đoạn kéo dài: Nhiệt độ được đưa lên 72°C, Taq polymerase sẽ sử dụng dNTP để kéo dài đầu 3′ của mồi và tạo ra mạch bổ sung.

Trong kỹ thuật PCR truyền thống, quá trình gia nhiệt và làm lạnh thông qua những blocks kim loại đặc biệt (Peltier) chứa các tube PCR hóa chất phản ứng và được điều khiển bởi phần mềm. Tuy nhiên, kỹ thuật này còn những hạn chế như: thời gian thực hiện phản ứng dài, tốn nhiều năng lượng điện và thể tích mẫu lớn. Vì thế, kỹ thuật Convective PCR (cPCR) được phát triển và khắc phục được những hạn chế của PCR truyền thống. 

Kỹ thuật cPCR, về nguyên lý giống như kỹ thuật PCR thông thường, nhưng thay vì thực hiện phản ứng PCR trong những tubes PCR (được sử dụng rộng rãi hiện nay); cPCR sử dụng kênh dẫn vi lưu (Microfluidic convective cells) chứa các thành phần phản ứng PCR; và được đặt trong thiết bị được thiết kế với nhiệt độ bên dưới đáy duy trì nhiệt độ luôn cao hơn ở trên nắp. Vì thế, hỗn hợp phản ứng bên trong kênh dẫn vi lưu được lưu thông và luân chuyển đều thông qua những dải nhiệt độ tối ưu (Hình b).

Ưu điểm kỹ thuật cPCR

Kỹ thuật cPCR có những ưu điểm so với PCR thông thường như sau:

• Ít tốn hóa chất phản ứng, toàn bộ quá trình phản ứng được thực hiện trong kênh dẫn vi lưu.
• Dễ dàng tự động hóa quy trình từ bước tách chiết Nucleic Acid, nhân bản và phát hiện tác nhân đích.
• Thích hợp để thiết kế thiết bị chẩn đoán tại chỗ (Point-of-care), với thời gian xét nghiệm nhanh chóng và chi phí thấp.

Nguồn tham khảo: 

1. Miao G. et al (2020): Free convective PCR: From principle study to commercial applications: A critical review, Analytica Chimica Acta.
2. Convective PCR (2012): Lab instruction manual, The Royal Society of Chemistry.