Використання сферичних нуклеїнових кислот для відстеження та лікування захворювань; Новини-Медичні
Інтерв’ю з доктором Чадом Міркіним, Північно-Західний університет, проведене Ейпріл Кашен-Гарбут, штат Массачусетс (Кантаб)
Що таке сферичні нуклеїнові кислоти (СНС)? З чого вони складаються і чим вони відрізняються від лінійних нуклеїнових кислот?
Сферичні нуклеїнові кислоти - це структури, які створені шляхом взяття шаблону наночастинок та використання хімії для розміщення коротких ниток ДНК або РНК на поверхні цих частинок. Сферичне ядро наночастинки створює сферичне розташування ДНК або РНК, схоже на крихітні кульки нуклеїнових кислот.
Незважаючи на те, що послідовності можуть бути однаковими, властивості сферичних нуклеїнових кислот сильно відрізняються від лінійних нуклеїнових кислот. Наприклад, СНС зв'язують комплементарну ДНК або РНК набагато тісніше, ніж лінійні нуклеїнові кислоти.
Це означає, що в контексті виявлення та використання СНР як діагностичних зондів можна використовувати меншу концентрацію мішені нуклеїнової кислоти, наприклад, асоційованої з даним захворюванням. Отже, вони стали основою для високої чутливості, а також дуже високої селективності зондів у інструментах молекулярної діагностики.
Як можна використовувати СНР для виявлення інфекцій?
Існує технологія під назвою система Verigene, комерціалізована компанією Nanosphere - компанією, яку я заснував, а потім була продана Luminex. Система Verigene використовується для сортування підписів, пов'язаних із захворюваннями, зокрема інфекційними захворюваннями, і при дуже низьких концентраціях, тобто на дуже ранніх термінах, для вимірювання присутності певної інфекції. Наприклад, у крові.
Це важливо, оскільки його потім можна використовувати, наприклад, для діагностики пацієнтів із сепсисом, коли можливість діагностувати дуже рано дуже важлива, оскільки з кожною годиною, коли пацієнт не діагностується та не лікується, шанс смертності значно зростає.
Такі технології змінюють спосіб проведення молекулярної діагностики. Це дуже простий і швидкий медичний діагностичний інструмент, який дозволяє виявити бактеріальні інфекції ще до звичайних тестів. Не потрібно проходити процес культивування зразка, який займає тривалий час і, отже, збільшує ризик пацієнта.
Тож, зрештою, у вас є інструмент, який є кращим для пацієнта, оскільки ви отримуєте точний діагноз раніше і кращий для лікаря, оскільки лікар не без потреби виписує багато непотрібних антибіотиків, марно витрачає гроші та сприяє стійкості до антибіотиків. Натомість за допомогою цього інструменту можна з’ясувати, хто має бактеріальну інфекцію, а хто ні; тоді може бути прийнято відповідне лікування з ефективними заходами.
Що передбачає синтез СНР?
У разі створення біологічної мітки для матриці використовується наночастинка золота, а СНР виготовляється шляхом приведення матриці в контакт із короткими ланцюгами ДНК, які можуть бути хімічно прикріплені до неї. У випадку із золотом якірними групами є тіоли.
Ми розробили процес, який дозволяє дуже сильно завантажувати ДНК або РНК на поверхню частинки. Причина, яка важлива, полягає в тому, що вона змушує орієнтуватися і надає архітектурі як сферичну форму, так і властивості, про які я вже згадував.
Чи можете ви, будь ласка, окреслити вашу майбутню бесіду на Pittcon 2017 на тему «Нано-увімкнені засоби діагностики in vitro та in vivo для відстеження та лікування захворювань»? На яких біопробах ви будете зосереджені?
У Pittcon я зупинюсь на двох різних типах біопроб:
- Такі, що базуються на системі Verigene
- Нова технологія, яка дозволяє вимірювати внутрішньоклітинні мішені нуклеїнової кислоти - мРНК
Обидві технології засновані на СНС, які є структурами, які можуть проникнути в живу клітину, зв’язатися з певною мішенню, в даному випадку ціллю мРНК, і викликати або звільнити флуорофорний сигнальний об’єкт, який освітлює клітину.
Це дозволяє потім вперше виміряти генетичний вміст живих клітин. На додаток до вимірювання генетичного вмісту, клітини можна диференціювати на основі рівня експресії мРНК. Розташування РНК всередині клітини також можна виміряти, що особливо захоплює, оскільки до цього часу ніхто ніколи не міг цього робити в живих клітинах.
Пітткон 2021: 6-10 березня
Конференц-центр Ернеста Н. Моріала
Новий Орлеан, штат Лос-Анджелес, США
Це особливо цікаво, оскільки в поєднанні з такою технологією, як проточна цитометрія, ви можете сортувати клітини на основі генетичних відмінностей. Millipore - компанія, яка комерціалізувала цю технологію та випустила безліч варіантів цих типів архітектур, так що дослідники можуть почати шукати, наприклад, рідкісні клітинні популяції та відбирати циркулюючі пухлинні клітини у присутності здорових клітин.
Це стає способом вивчення клітин та їх кількості. Це також дозволяє вам ізолювати їх, щоб ви могли їх вивчити після факту. Ви можете відірвати їх від більшості клітинних популяцій, культивувати та використовувати для розуміння витоків генетичних відмінностей. Наприклад, дивлячись на те, як клітини хворих на рак реагують на різні типи терапевтичних засобів.
Це великий крок до персоналізованої медицини та збільшення наших можливостей щодо зондування клітинних систем. Це також потенційно корисно для скринінгу лікарських засобів з високою пропускною здатністю, де ви можете подивитися, як різні типи молекул ліків активують або пригнічують різні типи генів. Ви можете отримати візуальне зчитування в цьому випадку на основі використання цієї технології, яку ми називаємо технологією нано-спалахів. Millipore комерціалізував форму нанофакелів, яку вони називають інтелектуальними спалахами.
На чому буде зосереджена ваша друга доповідь на Pittcon 2017, «Сферичні нуклеїнові кислоти як потужні засоби імуномодуляції для терапії раку»?
СНА-структури також є основою для цілого нового класу терапевтичних засобів з нуклеїновими кислотами. Існує три центральні артерії розробки ліків:
Переваги добре відомі, чудовим прикладом є аспірин.
Сім із десятки ліків засновані на біологічних препаратах; це антитіла, архітектури на основі білка. Вони мають масу переваг та можливостей, які виходять за рамки того, що пропонують малі молекули.
- Нуклеїнові кислоти
Тут короткі фрагменти ДНК або РНК використовуються для лікування хвороби та атаки на її генетичні корені.
Антисмислові препарати засновані на ДНК і використовуються для всмоктування мРНК у клітинах та зупинки трансляції цієї РНК та виробництва білків, які ми асоціюємо із захворюваннями. Ідея антисмислу полягає в тому, що ви можете регулювати клітини людини і перетворювати нездорову клітину в здорову клітину, збиваючи вироблення певного типу білка.