Un interviu cu Dr. Chad Mirkin, Universitatea Northwestern, condusă de April Cashin-Garbutt, MA (Cantab)

acizilor

Ce sunt acizii nucleici sferici (SNA)? În ce constau și în ce se deosebesc de acizii nucleici liniari?

Acizii nucleici sferici sunt structuri realizate luând un șablon de nanoparticule și folosind chimia pentru a aranja fire scurte de ADN sau ARN pe suprafața acelor particule. Nucleul sferic al nanoparticulelor creează un aranjament sferic de ADN sau ARN, similar cu micile bile mici de acizi nucleici.

Chiar dacă secvențele pot fi identice, proprietățile acizilor nucleici sferici sunt foarte diferite de acizii nucleici liniari. De exemplu, SNA-urile leagă ADN-ul sau ARN-ul complementar mult mai strâns decât acizii nucleici liniari.

Acest lucru înseamnă că, în contextul detectării și utilizării SNA-urilor ca sonde de diagnostic, puteți utiliza o concentrație mai mică a unei ținte de acid nucleic, de exemplu, asociată cu o boală dată. Astfel, acestea au devenit baza pentru sonde de sensibilitate ridicată și, de asemenea, de selectivitate foarte ridicată, în instrumentele de diagnostic molecular.

Cum pot fi utilizate SNA pentru detectarea infecțiilor?

Există o tehnologie numită sistemul Verigene care a fost comercializată de Nanosphere, o companie pe care am început-o, care a fost apoi vândută către Luminex. Sistemul Verigene este utilizat pentru a sorta semnăturile asociate cu boala, în special bolile infecțioase și la concentrații foarte scăzute, adică la punctele de timp foarte timpurii, pentru a măsura prezența unei infecții particulare. De exemplu, în sânge.

Acest lucru este important deoarece poate fi folosit apoi, de exemplu, pentru a diagnostica pacienții cu sepsis, unde a putea diagnostica foarte devreme este cu adevărat important, deoarece pentru fiecare oră în care un pacient rămâne nediagnosticat și netratat, șansele de mortalitate cresc substanțial.

O astfel de tehnologie schimbă modul în care se efectuează diagnosticul molecular. Este un instrument de diagnostic medical foarte simplu și rapid, care permite detectarea infecțiilor bacteriene înainte de testele convenționale. Nu este necesar să parcurgeți procesul de cultivare a probei, care durează mult și, prin urmare, crește riscul pacientului.

Deci, în cele din urmă, aveți un instrument care este mai bun pentru pacient, deoarece obțineți un diagnostic precis mai devreme și mai bun pentru medic, deoarece medicul nu prescrie inutil o mulțime de antibiotice inutile, pierde bani și contribuie la rezistența la antibiotice. În schimb, instrumentul poate fi folosit pentru a afla cine are o infecție bacteriană și cine nu; se poate lua apoi tratamentul adecvat cu măsuri eficiente.

Ce implică sinteza SNA?

În cazul dezvoltării unei etichete biologice, se folosește o nanoparticulă de aur pentru șablon, iar SNA este realizat prin aducerea șablonului în contact cu șuvițe scurte de ADN care pot fi ancorate chimic de acesta. În cazul aurului, grupurile de ancorare sunt tiolii.

Am dezvoltat un proces care vă permite să încărcați ADN-ul sau ARN-ul pe suprafața unei particule în măsuri foarte mari. Motivul pentru care este important este că forțează orientarea și conferă arhitecturii atât forma sferică, cât și proprietățile pe care le-am menționat.

Puteți, vă rog, să vă prezentați viitoarea discuție de la Pittcon 2017 despre „Instrumentele de diagnostic in vitro și in vivo activate cu nano pentru urmărirea și tratarea bolilor”? Pe ce bioanalize te vei concentra?

La Pittcon mă voi concentra pe două tipuri diferite de bioanalize:

  • Unele bazate pe sistemul Verigene
  • O nouă tehnologie care permite măsurarea țintelor de acid nucleic intra-celular - ARNm

Ambele tehnologii se bazează pe SNA-uri, care sunt structuri care pot pătrunde într-o celulă vie, se leagă de o anumită țintă, în acest caz o țintă ARNm și pot provoca sau elibera o entitate de semnalizare fluoroforă care luminează celula.

Acest lucru vă permite apoi să măsurați pentru prima dată conținutul genetic al celulelor vii. Pe lângă măsurarea conținutului genetic, celulele pot fi diferențiate pe baza nivelurilor de expresie a ARNm. Poziția ARN-ului în celulă poate fi, de asemenea, măsurată, ceea ce este deosebit de interesant, deoarece nimeni nu a reușit să facă asta în celulele vii până acum.

Pittcon 2021: 6-10 martie

Centrul de convenții Ernest N. Morial
New Orleans, LA SUA

Acest lucru este deosebit de interesant, deoarece atunci când este asociat cu o tehnologie precum citometria de flux, puteți să sortați celulele pe baza diferențelor genetice. Millipore este o companie care a comercializat această tehnologie și a produs multe variații ale acestor tipuri de arhitecți, astfel încât cercetătorii pot începe să caute, de exemplu, populații rare de celule și să aleagă celule tumorale circulante, în prezența celulelor sănătoase.

Acesta devine un mod de a studia celulele și numărul acestora. De asemenea, vă permite să le izolați, astfel încât să le puteți studia după fapt. Puteți să le îndepărtați de populațiile celulare majoritare, să le cultivați și să le folosiți pentru a înțelege originile diferențelor genetice. De exemplu, analizând modul în care celulele unui pacient cu cancer răspund la diferite tipuri de terapii.

Acesta este un pas major către medicina personalizată și creșterea capacităților noastre în ceea ce privește sondarea sistemelor celulare. Este, de asemenea, potențial util pentru depistarea de droguri cu randament ridicat, unde puteți analiza modul în care diferite tipuri de molecule de medicamente activează sau suprimă diferite tipuri de gene. Puteți obține o citire vizuală în acest caz, pe baza utilizării acestei tehnologii, denumită tehnologie nano-flare. Millipore a comercializat o formă de nanoflaruri la care se referă ca flare inteligente.

Care va fi centrul celei de-a doua discuții la Pittcon 2017, „Acizii nucleici sferici ca agenți puternici de imunomodulare pentru terapia împotriva cancerului”?

Structurile SNA reprezintă, de asemenea, baza pentru o nouă clasă de terapii cu acid nucleic. Există trei artere centrale ale dezvoltării medicamentelor:

Beneficiile sunt bine cunoscute, aspirina fiind un exemplu excelent.

Șapte dintre primele zece medicamente se bazează pe produse biologice; Aceștia sunt anticorpi, arhitecți pe bază de proteine. Au o mulțime de avantaje și capacități care depășesc ceea ce oferă moleculele mici.

  • Medicamente cu acid nucleic

Aici fragmente scurte de ADN sau ARN sunt utilizate pentru a trata boala și a o ataca la rădăcinile sale genetice.

Medicamentele antisens se bazează pe ADN și sunt utilizate pentru a absorbi ARNm în celule și a opri traducerea acelui ARN și producția de proteine ​​pe care le asociem cu boala. Ideea din spatele antisensului este că puteți regla celulele unei persoane și puteți transforma o celulă nesănătoasă într-o celulă sănătoasă dărâmând producția unui anumit tip de proteină.

Apoi a apărut tehnologia siRNA - un concept similar în sensul că demolezi producția de tipuri specifice de proteine, dar prin căi diferite. Ideea dezvoltării medicinei genetice este într-adevăr conceptul unui tip de medicină digitală, în care, în loc de fiecare dată când aveți nevoie de un medicament nou, nu căutați o nouă moleculă mică, schimbați secvența ADN-ului sau ARN-ului utilizat bazată pe o înțelegere a căilor biologice.

Pittcon 2021: 6-10 martie

Centrul de convenții Ernest N. Morial
New Orleans, LA SUA

Din punct de vedere conceptual, acestea erau tehnologii cu adevărat puternice. Acestea au condus la dezvoltarea multor abordări comerciale, dar au avut un succes limitat. Motivul fiind că, pentru a realiza cu adevărat medicina digitală, aveți nevoie de mai multe lucruri în joc. Unul este că trebuie să poți sintetiza ADN și ARN, iar doi, trebuie să poți înțelege căile.

Aceste două probleme au fost acum depășite; știm cum să sintetizăm ADN și ARN și, datorită proiectului genomului uman, știm și multe despre căile bolii și cum să atacăm diferite tipuri de căi pentru tratarea bolii. Dar a treia cerință, și poate cea mai importantă, este capacitatea de a duce ADN-ul sau ARN-ul la locul care contează. Și acolo sunt cele mai multe încercări.

Aici acizii nucleici sferici sunt foarte importanți. Structurile SNA, care nu au echivalent natural, pot interacționa cu sistemele naturale complet diferit de ADN-ul și ARN-ul nativ din care sunt derivate. Aproape toate tipurile de celule din corpul dvs., altele decât celulele roșii din sânge, recunosc SNA-urile și le internalizează rapid fără a fi nevoie de agenți de transfecție.

Acest lucru este deosebit de interesant deoarece, de exemplu, punerea ADN-ului sau ARN-ului normal în creme și punerea lor pe piele nu le va face să intre în celulele pielii; dar cu acizi nucleici sferici îi vor prelua rapid. Prin urmare, această descoperire deschide capacitatea de a crea medicamente topice, medicamente locale, care vă permit să tratați o mulțime de boli.

Așadar, ne-am uitat la această capacitate în ceea ce privește dezvoltarea de noi tipuri de tratamente pentru bolile de piele. Există peste 200 de boli cu o bază genetică cunoscută. Se poate începe să ne gândim la crearea unor terapii pentru ochi, ureche, plămâni, vezică și colon prin abordări similare.

Proprietățile fundamentale ale SNA fac acizii nucleici relevanți pentru tratarea unei game largi de afecțiuni medicale care nu pot fi abordate cu acizii nucleici convenționali. Primele construcții SNA sunt în studii umane pentru tratarea psoriazisului.

Cum ar putea fi utilizate SNA-urile în vaccinurile împotriva cancerului?

O altă aplicație pe care am cercetat-o ​​este utilizarea structurilor ca puternici regulatori ai sistemului imunitar. SNA-urile vor intra în celulele imune, celulele dendritice și, dacă secvența este corectă, vor activa receptorii asemănători cu taxele, astfel încât să puteți lua un animal sau un pacient, în principiu, și să activați selectiv sistemul lor imunitar.

Povești conexe

Acest lucru permite crearea de noi forme de vaccinuri, de exemplu, în care puteți instrui corpul unei persoane pentru a combate un anumit tip de cancer. Asta se întâmplă acum, avem o serie întreagă de candidați la droguri bazată pe această abordare și voi vorbi în primul rând despre cancerul de prostată la Pittcon.

În principiu, astfel de vaccinuri ar putea fi dezvoltate pentru a trata multe tipuri diferite de cancer, inclusiv cancerul cerebral, vezica urinară, colonul și melanomul.

În ce etapă de dezvoltare se află în prezent vaccinurile împotriva cancerului SNA și în ce obstacole mai trebuie depășite?

Munca vaccinului împotriva cancerului este pe punctul de a intra în studiile clinice la om în acest an. Tehnologia a fost verificată extensiv la animale și s-a dovedit a fi sigură, de exemplu, la primate.

Încercările umane sunt extrem de importante. Cu un vaccin împotriva cancerului, modulezi sistemul imunitar al unei persoane și există riscul de a crea răspunsuri autoimune.

Care sunt următorii pași în cercetarea dvs.?

Pentru mine, este vorba despre înțelegerea a ceea ce face ca aceste structuri să fie atât de speciale și să înțelegem în continuare cum putem construi diferite forme de acizi nucleici sferici și să folosim proprietățile unice ale acestora pentru a rezolva probleme majore din medicină și din alte domenii de cercetare.

Știm în prezent de ce acizii nucleici sferici sunt internalizați sau sunt necesare cercetări suplimentare pentru a înțelege pe deplin acest lucru?

În acest moment, credem că sunt recunoscuți de ceea ce se numesc receptori de curățare; acestea sunt structuri comune multor tipuri de celule și sunt utilizate pentru a muta marfa în și din celule.

De asemenea, s-a demonstrat că recunosc și se leagă de acizii nucleici sferici mult mai strâns decât acizii nucleici liniari, și atât de eficient am descoperit, parțial din întâmplare, și am proiectat o arhitectură care este recunoscută de mașini biologice naturale, receptori de scavenger care duc la interiorizarea lor într-o celulă.

Există mai multe lucrări care explorează acest lucru pentru diferite tipuri de celule și toate cercetările noastre până în prezent sunt în concordanță cu această concluzie.

Ce aștepți cu nerăbdare la Pittcon 2017?

Sincer este un loc cu adevărat interesant pentru oricine este interesat de chimia analitică, instrumente noi sau tehnici noi asociate cu instrumentația respectivă, așa că îmi place în mod deosebit discuțiile de frontieră. Dar, desigur, mă bucur și de sala de expoziții și văd toate noile tehnologii expuse.

Unde cititorii pot găsi mai multe informații?

Despre Dr. Ciad Mirkin

Dr. Chad A. Mirkin este directorul Institutului Internațional pentru Nanotehnologie și profesorul George B. Rathmann. de chimie, inginerie chimică și biologică, inginerie biomedicală, știința și ingineria materialelor și medicină la Universitatea Northwestern.

El este chimist și un expert în nanoștiințe de renume mondial, cunoscut pentru descoperirea și dezvoltarea acizilor nucleici sferici (SNA) și a schemelor terapeutice și de biodetecție bazate pe SNA, Nanolitografia Dip-Pen (DPN) și metodologiile conexe de nanopatterning fără consolă., Litografia pe fir (OWL) și Litografia co-axială (COAL) și contribuțiile la chimia supramoleculară și sinteza nanoparticulelor.

Este autorul a peste 670 de manuscrise și a peste 1.000 de cereri de brevet la nivel mondial (290 emise) și este fondatorul mai multor companii, inclusiv Nanosphere, AuraSense și Exicure, care comercializează aplicații nanotehnologice în științele vieții și biomedicină.

Mirkin a fost recunoscut cu peste 100 de premii naționale și internaționale, inclusiv Premiul Dan David 2016 și Premiul Sackler inaugural în cercetarea convergenței. A fost membru al Consiliului președintelui consilierilor pentru știință și tehnologie (administrația Obama) și unul dintre foarte puținii oameni de știință care au fost aleși în toate cele trei academii naționale din SUA. De asemenea, este membru al Academiei Americane de Arte și Științe și al Academiei Naționale a Inventatorilor, printre altele.

Mirkin a lucrat în comitetele de consiliere editorială a peste 20 de jurnale științifice, inclusiv JACS, Angew. Chem. Și Adv. Mater.; în prezent, este editor asociat al JACS. Este editorul fondator al revistei Small și a coeditat mai multe cărți bestseller.

Mirkin deține un B.S. licențiat la Colegiul Dickinson (1986, ales în Phi Beta Kappa) și doctorat. grad de la Penn. Statul Univ. (1989). A fost membru postdoctoral NSF la MIT înainte de a deveni profesor la Northwestern Univ. în 1991.

Politica privind conținutul sponsorizat: News-Medical.net publică articole și conținut conex care pot fi derivate din surse în care avem relații comerciale existente, cu condiția ca acest conținut să adauge valoare etosului editorial de bază al News-Medical.Net, care este de a educa și informa site-ul vizitatorii interesați de cercetare medicală, știință, dispozitive medicale și tratamente.

Citații

Vă rugăm să utilizați unul dintre următoarele formate pentru a cita acest articol în eseu, lucrare sau raport:

Pittcon. (2020, 24 iunie). Utilizarea acizilor nucleici sferici pentru urmărirea și tratarea bolilor. Știri-Medical. Adus pe 17 decembrie 2020 de pe https://www.news-medical.net/news/20170301/Using-spherical-nucleic-acids-to-track-and-treat-disease.aspx.

Pittcon. „Folosirea acizilor nucleici sferici pentru urmărirea și tratarea bolilor”. Știri-Medical. 17 decembrie 2020. .

Pittcon. „Folosirea acizilor nucleici sferici pentru urmărirea și tratarea bolilor”. Știri-Medical. https://www.news-medical.net/news/20170301/Using-spherical-nucleic-acids-to-track-and-treat-disease.aspx. (accesat la 17 decembrie 2020).

Pittcon. 2020. Folosirea acizilor nucleici sferici pentru urmărirea și tratarea bolilor. News-Medical, vizionat la 17 decembrie 2020, https://www.news-medical.net/news/20170301/Using-spherical-nucleic-acids-to-track-and-treat-disease.aspx.

News-Medical.Net furnizează acest serviciu de informații medicale în conformitate cu acești termeni și condiții. Vă rugăm să rețineți că informațiile medicale găsite pe acest site web sunt concepute pentru a sprijini, nu pentru a înlocui relația dintre pacient și medic/medic și sfaturile medicale pe care le pot oferi.

News-Medical.net - Un site AZoNetwork