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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.18.2020.tde-21012020-114235
Document
Author
Full name
Olivia Carr
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2019
Supervisor
Committee
Oliveira Junior, Osvaldo Novais de (President)
Corrêa, Daniel Souza
Janegitz, Bruno Campos
Júnior, Antonio Riul
Nogueira, Ana Rita de Araujo
Title in Portuguese
Desenvolvimento de genossensor para a detecção precoce de câncer de cabeça e pescoço
Keywords in Portuguese
ácido mercaptoacético
ácido mercaptoundecanóico
câncer de cabeça e pescoço
genossensor
Abstract in Portuguese
A detecção precoce do câncer aumenta as chances de cura, mas infelizmente o diagnóstico em geral se dá após a doença ter se espalhado e atingido diferentes órgãos e tecidos. Este trabalho visa a desenvolver genossensores para detectar câncer de cabeça e pescoço em estágio inicial. Obteve-se um genossensor preciso, rápido e de baixo custo com unidades sensoriais consistindo em sondas de DNA de fita simples. Estas sondas são imobilizadas em eletrodos de ouro modificado por monocamada automontada (SAM) de ácido mercaptoundecanóico (MUA). A otimização das condições de fabricação dos sensores e a caracterização foram feitas com diferentes técnicas, incluindo espectroscopia de absorção e reflexão no infravermelho com polarização modulada (PM-IRRAS), espectroscopia de geração de soma de frequência (SFG) e medidas de ângulo de contato. A detecção foi feita com espectroscopia de impedância eletroquímica, com clara distinção entre amostras de DNA com sequência complementar à sonda, indicativo de câncer. Além disso, amostras de células com DNA não complementar puderam ser distinguidas das células com alto grau de metilação na linhagem HN13 (97% de metilação), verificando-se a seletividade. O genossensor é sensível com baixo limite de detecção (0,24 pM) em uma faixa de concentração linear entre 1,0 × 10-11 e 5,0 × 10-8 M e entre 1,0 × 10-8 e 1,0 × 10-6 M (277 pM). As amostras com diferentes concentrações da sequência complementar e diferentes células puderam ser separadas em projeções multidimensionais com a técnica interativa para visualização de documentos (IDMAP). A matriz e os procedimentos de imobilização podem ser estendidos para imobilizar sondas de DNA na fabricação de genossensores para outros tipos de câncer. Verificou-se, após uma série dessas tentativas, que a maior dificuldade em obter um genossensor é garantir que a matriz para imobilização da sequência de DNA (probe) seja adequada, principalmente no que concerne à organização do filme nanoestruturado que serve para acomodar os DNAs.
Title in English
Genosensors for early detection of head and neck cancer
Keywords in English
genosensor
head and neck cancer
mercaptoacetic acid
mercaptoundecanoic acid
Abstract in English
Early detection of cancer increases the chances of cure, but unfortunately the diagnosis is usually made after the disease has spread and reached different organs and tissues. This work aims to develop genosensors to detect head and neck cancer at early stages. An accurate, fast and low cost genosensor was obtained with sensing units consisting of single stranded DNA probes. These probes are immobilized on gold electrodes modified with mercaptoundecanoic acid (MUA) self-assembled monolayers (SAM). Sensor manufacturing conditions were optimized and characterized using different techniques, including polarization-modulated infrared absorption and reflection spectroscopy (PM-IRRAS), sum frequency generation spectroscopy (SFG), and contact angle measurements. Detection was performed with electrochemical impedance spectroscopy, with clear distinction between DNA samples with complementary sequences to the probe, indicative of cancer. In addition, samples from cells with non-complementary DNA could be distinguished from cells with a high degree of methylation in the HN13 strain (97% methylation), thus confirming selectivity. The genosensor is sensitive with low detection limit (0.24 pM) in a linear concentration range between 1.0×10-11 and 5.0×10-8 M and between 1.0×10-8 and 1.0×10-6 M (277 pM). Samples with different concentrations of the complementary sequence and different cells could be separated into multidimensional projections using the visualization technique IDMAP (interactive document mapping). The matrix and immobilization procedures can be extended to immobilize DNA probes in fabricating genosensors for other types of cancer. It has been found, after a series of such attempts, that the greatest difficulty in obtaining a genosensor is to ensure that the immobilization of the DNA probe is adequate, especially with regard to the organization of the nanostructured film that serves to accommodate the DNA probes.
 
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Publishing Date
2020-01-30
 
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