Utilisant les acides nucléiques sphériques pour cheminer et traiter la maladie

Thought LeadersDr. Chad MirkinDirectorInternational Institute for Nanotechnology

Une entrevue avec M. Tchad Mirkin, Université Northwestern, a conduit avant avril Cashin-Garbutt, MAMANS (Cantab)

Quels sont les acides nucléiques sphériques (SNAs) ? De Que se composent-elles et comment elles diffèrent-elles des acides nucléiques linéaires ?

Les acides nucléiques Sphériques sont des structures qui sont effectuées en prenant un descripteur de nanoparticle et en employant la chimie pour s'charger des brins d'ADN ou de l'ARN courts sur la surface de ces particules. Le noyau sphérique du nanoparticle produit un arrangement sphérique d'ADN ou d'ARN, assimilé à de petites billes minuscules des acides nucléiques.

Quoique les séquences puissent être identiques, les propriétés des acides nucléiques sphériques sont très différentes des acides nucléiques linéaires. Par exemple, ADN complémentaire de grippage de SNAs ou ARN beaucoup plus fortement que les acides nucléiques linéaires.

Ceci signifie que dans le cadre du dépistage et de l'utilisation de SNAs comme sondes de diagnostic, vous pouvez utiliser une concentration inférieure d'un objectif d'acide nucléique, par exemple, associé avec une maladie donnée. Et ainsi, ceux-ci sont devenues la base pour la sensibilité élevée et également les sondes très élevées de sélectivité, dans des outils de diagnostic moléculaires.

Comment SNAs peut-il être utilisé pour le dépistage des infections ?

il y a une technologie appelée le système de Verigene qui a été commercialisé par Nanosphere, une compagnie que J'avais mise sur pied, qui a été alors vendu à Luminex. Le système de Verigene est utilisé pour trier des signatures associées avec la maladie, maladie infectieuse en particulier, et aux concentrations très faibles, signifiant aux remarques très précoces de temps, pour mesurer la présence d'une infection particulière. Par exemple, dans le sang.

C'est important parce qu'il peut alors être employé, par exemple, pour diagnostiquer des patients présentant la sepsie, où pouvoir diagnostiquer très précoce est réellement important parce que pour chaque heure qu'un patient aille non disgnostiqué et non traité, la possibilité de la mortalité augmente considérablement.

La Technologie comme ceci change la voie des diagnostics que moléculaires est effectués. C'est un outil de diagnostic médical de remarque-de-soins très simples et rapides qui tient compte du dépistage de la voie d'infections bactériennes avant les tests conventionnels. Il n'est pas nécessaire pour passer par le procédé de cultiver l'échantillon, qui prend un bon moment et augmente, en conséquence, le risque patient.

Tellement éventuel, vous avez un outil qui est meilleur pour le patient parce que vous obtenez un diagnostic précis plus précoce et meilleur pour le docteur, parce que le docteur ne prescrit pas inutilement beaucoup d'antibiotiques inutiles, gaspillant l'argent, et contribuant à la résistance aux antibiotiques. Au Lieu De Cela l'outil peut être utilisé pour figurer à l'extérieur qui a une infection bactérienne et qui ne fait pas ;  le traitement adapté avec des mesures pertinentes alors peut être pris.

Que la synthèse de SNA concerne-t-elle ?

Dans le cas de développer une étiquette biologique, un nanoparticle d'or est utilisé pour le descripteur, et la SNA est effectuée en mettant le descripteur en contact avec les brins d'ADN courts qui peuvent être chimiquement ancrés à lui. Dans le cas de l'or, les groupes de ancrage sont des thiols.

Nous avons développé un procédé qui te permet de charger l'ADN ou l'ARN sur la surface d'une particule jusqu'aux degrés très élevés. La raison qui est important est qu'elle force l'orientation et donne à l'architecture les deux sa forme sphérique et également les propriétés que J'avais mentionnées.

Nanoparticles d'Or produits par ablation de laser dans l'eau lourde. La barre d'Échelle indique vingt nanomètres (20 le nanomètre)

Pouvez-vous s'il vous plaît donner votre entretien prochain chez Pittcon 2017 sur le ` Nano-Activé In vitro et In vivo des Outils de Diagnostic pour Cheminer et Traiter la Maladie' ? Quels essais biologiques orienterez-vous en circuit ?

Chez Pittcon Je me concentrerai sur deux types différents d'essais biologiques :

  • Ceux basés sur le système de Verigene
  • Une technologie neuve qui permet à on de mesurer l'acide nucléique intracellulaire vise -- ARNm

Les Deux technologies sont basées sur SNAs, qui sont des structures qui peuvent écrire une cellule sous tension, le grippage à un objectif particulier, dans ce cas un objectif d'ARNm, et obtiennent ou libèrent une entité fluorophore de signalisation qui allume la cellule.

Ceci te permet de mesurer alors pour la première fois, la teneur génétique des cellules sous tension. En plus de mesurer le teneur génétique, les cellules peuvent être basées différencié aux niveaux d'expression d'ARNm. L'emplacement de l'ARN dans la cellule peut également être mesuré, qui excite particulièrement parce que personne n'a jamais pu faire cela en cellules sous tension avant aujourd'hui.

C'est particulièrement intéressant parce qu'une fois ajouté à une technologie aimez la cytométrie de flux, vous peuvent trier des cellules basées sur des différences génétiques. Le Millipore est une compagnie qui a commercialisé cette technologie et a produit beaucoup de variations de ces types d'architectures, de sorte que les chercheurs puissent commencer à examiner, par exemple, pour les populations cellulaires rares et à sélectionner les cellules tumorales de diffusion, en présence des cellules saines.

Ceci devient une voie d'étudier les cellules et le nombre de eux. Elle te permet également de les isoler de sorte que vous puissiez les étudier après le fait. Vous pouvez les tirer à partir des populations cellulaires de majorité, les cultiver, et les utiliser pour comprendre les origines des différences génétiques. Par exemple, regarder comment les cellules d'un malade du cancer répondent à différents types de thérapeutique.

C'est une phase importante vers le médicament personnalisé et augmenter nos capacités en ce qui concerne sonder les systèmes cellulaires. Il est également potentiellement utile pour le dépistage des drogues élevé de débit, où vous pouvez regarder comment la molécule différente de types de traitement lancent ou suppriment différents types de gènes. Vous pouvez obtenir une lecture visuelle dans ce cas, basé sur l'utilisation de cette technologie, nous vous rapportez comme technologie de nano-éruption. Le Millipore a commercialisé une forme des nanoflares qu'ils se réfèrent comme intelligent-éruptions.

Quel sera le centre de votre deuxième entretien chez Pittcon 2017, Acides Nucléiques Sphériques de ` en tant qu'Agents Efficaces d'Immunomodulation pour le Traitement du Cancer' ?

Les structures de SNA représentent également la base pour une classe neuve entière de thérapeutique d'acide nucléique. Il y a trois artères centrales de développement de médicament :

  • Petites molécules

Les Avantages sont réputés, aspirin étant un exemple grand.

  • Biologics

Sept des dix médicaments principaux sont basés sur le biologics ; ce sont des anticorps, architectures à base de protéines. Ils ont beaucoup d'avantages et capacités qui dépassent ce que les petites molécules offrent.

  • Médicaments d'acide Nucléique

Des extraits Ici courts de l'ADN ou l'ARN sont employés pour traiter la maladie et pour l'attaquer à ses racines génétiques.

Les médicaments Antisens sont basés sur l'ADN et sont utilisés pour absorber l'ARNm en cellules et pour arrêter la traduction de cela ARN et production des protéines que nous associons à la maladie. L'idée derrière antisens est que vous pouvez régler les cellules d'une personne et convertir une cellule malsaine en cellule saine en démantelant la production d'un type de protéine particulier.

Alors est venue le long la technologie de siRNA - un concept assimilé dans le sens que vous démantelez la production des types particuliers de protéines, mais par l'intermédiaire de différentes voies. L'idée de développer le médicament génétique est réellement le concept d'un type de médicament digital, où au lieu chaque fois de vous ayez besoin d'un médicament neuf que vous ne recherchez pas une petite molécule neuve, vous changez la séquence de l'ADN ou de l'ARN étant basé utilisé sur une compréhension des voies biologiques.

D'un point de vue conceptuel, c'étaient réellement des puissantes technologies. Elles ont mené au développement de beaucoup d'élans commerciaux mais ont eu la réussite limitée. La raison étant, pour réaliser vraiment le médicament digital vous avez besoin de choses multiples dans le jeu. On est vous doivent pouvoir synthétiser l'ADN et l'ARN, et deux, vous devez pouvoir comprendre des voies.

Ces deux délivrances ont été maintenant surmontées ; nous savons comment synthétiser l'ADN et l'ARN, et grâce au projet génome humain, nous connaissons également beaucoup les voies de la maladie et attaquer différents types de voies pour traiter la maladie. Mais le tiers, et peut-être la plupart de condition importante, est la capacité d'obtenir l'ADN ou l'ARN au site qui importe. Et c'est où la plupart des tentatives ont fait défaut.

C'est où les acides nucléiques sphériques sont très importants. Les structures de SNA, qui n'ont l'équivalent pas naturel, peuvent agir l'un sur l'autre avec les systèmes naturels complet différemment de l'ADN et de l'ARN indigènes desquels elles sont dérivées. Presque chaque cellule saisissent votre fuselage, autre que les hématies matures, identifient SNAs et les internalisent rapidement sans besoin d'agents de transfection.

C'est particulièrement intéressant parce que, par exemple, la mise de l'ADN normal ou de l'ARN écrème dedans et la mise de eux sur votre peau ne les transformera pas disparaître en vos cellules de la peau ; mais avec des acides nucléiques sphériques elles les prendront rapidement. Cette découverte ouvrent pour cette raison la capacité de produire les médicaments topiques, les médicaments locaux, qui te permettent de traiter beaucoup de maladies.

Et ainsi nous avions regardé cette capacité en termes de développer les types de demandes de règlement neufs pour la maladie de la peau.  Il y a plus de 200 maladies avec une base génétique connue. On peut commencer à penser à produire la thérapeutique pour l'oeil, l'oreille, le poumon, la vessie, et le côlon par l'intermédiaire des élans assimilés.

Les propriétés principales de SNAs préparent les acides nucléiques appropriés pour traiter un large éventail de conditions médicales non adressables avec des acides nucléiques conventionnels. Les premiers éléments de SNA sont dans des essais humains pour traiter le psoriasis.

Comment SNAs a-t-il pu être utilisé dans des vaccins de cancer ?

Une Autre application que nous avions recherchée est l'utilisation des structures en tant que régulateurs efficaces du système immunitaire. SNAs présentera des cellules immunitaires, cellules dendritiques, et si la séquence est correcte, elles lanceront des récepteurs comme un péage, de sorte que vous puissiez prendre un animal, ou un patient en principe, et lancent sélecteur leur système immunitaire.

Ceci tient compte de la création des formes neuves des vaccins, par exemple, où vous pouvez former le fuselage d'une personne pour combattre un type de cancer particulier. C'est ce qui se produit en ce moment, nous ont une suite entière de candidats de médicament basés sur cet élan, et Je parlerai principalement au sujet du cancer de la prostate chez Pittcon.

Des vaccins comme ceci ont pu être développés En principe pour traiter beaucoup de différents types de cancers, y compris le cancer du cerveau, de la vessie, du côlon, et du mélanome.

À Quel stade de développement sont-ils les vaccins de cancer de SNA actuel et quel sauts doivent toujours être surmontés ?

Le travail vaccinique de cancer est sur le point juste d'entrer dans des tests cliniques humains cette année. La technologie a été considérable contrôlée chez les animaux et prouvé pour être sûre, par exemple, dans les primates.

Les essais humains sont extrêmement importants. Avec un vaccin de cancer, vous modulez le système immunitaire d'une personne et il y a un risque de produire des réactions auto-immune.

Quelles sont les prochaines phases dans votre recherche ?

Pour moi, est il tout au sujet de comprendre ce que rend ces structures si spéciales et continuantes à comprendre comment nous pouvons établir différentes formes des acides nucléiques sphériques, et emploie les seules propriétés de elles pour résoudre des problèmes majeurs en médicament et d'autres domaines de recherche.

Est-ce que nous savons-nous actuel pourquoi les acides nucléiques sphériques sont internalisés ou est davantage de recherche requise pour comprendre entièrement ceci ?

Au moment où, nous croyons qu'ils sont identifiés par ce qui sont les récepteurs appelés de Scavenger ; ce sont des structures communes à beaucoup de types de cellules, et elles sont employées pour déménager la cargaison dans et hors des cellules.

Elles ont été également affichées pour déceler et gripper aux acides nucléiques sphériques beaucoup plus fortement que les acides nucléiques linéaires, et tellement effectivement nous avons, en partie accidentellement, découvert et conçu une architecture qui est identifiée par les machines biologiques naturelles, les récepteurs de Scavenger qui mènent à leur intériorisation dans une cellule.

Il y a plusieurs papiers qui explorent ceci pour différents types de cellules, et toute notre recherche est jusqu'ici compatible avec cette conclusion.

Quelle êtes-vous attendant avec intérêt chez Pittcon 2017 ?

C'est honnêtement un lieu de rendez-vous excitant réellement pour quiconque intéressé à la chimie analytique, à l'instrumentation neuve, ou aux techniques neuves associées avec cette instrumentation, et ainsi, J'apprécie en particulier les entretiens de frontière. Mais naturellement, J'apprécie également le hall d'expo et voir toute la technologie neuve sur l'affichage.

Quel Pittcon Peut faire pour Vous d'AZoNetwork sur Vimeo.

Où peuvent les lecteurs trouver plus d'informations ?

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Au Sujet de M. Tchad MirkinLe Tchad A. Mirkin

M. Tchad A. Mirkin est le Directeur de l'Institut International pour la Nanotechnologie et le Prof. de George B. Rathmann de la Chimie, Bureau D'études Chimique et Biologique, Génie Biomédical, Science Des Matériaux et Bureau D'études, Et Médicament à l'Université Northwestern.

Il est un pharmacien et un expert en matière de renommée mondiale de nanoscience, qui est connu pour sa découverte et développement des acides nucléiques sphériques (SNAs) et le biodetection SNA-basé et les plans thérapeutiques, l'Immersion-Crayon lecteur Nanolithography (DPN) et les méthodologies nanopatterning sans en porte-à-faux associées, la Lithographie de Sur-Fil (OWL), et la Lithographie Coaxiale (CHARBON), et des cotisations à la synthèse supramoléculaire de chimie et de nanoparticle.

Il est l'auteur de plus de 670 manuscrits et plus de 1.000 demandes de brevet mondiales (290 publiés), et il est le fondateur des compagnies multiples, y compris Nanosphere, AuraSense, et Exicure, qui commercialisent des applications de nanotechnologie en sciences de la vie et biomédecine.

Mirkin a été identifié avec plus de 100 nationaux et récompenses internationales, y compris le Prix 2016 de Dan David et le Prix inaugural de Sackler dans la Recherche de Convergence. Il était un membre de Council du Président des Conseillers sur la Science et la Technologie (Gestion d'Obama), et l'un très de peu de scientifiques à élire à chacun des trois Conservatoires Nationaux des USA. Il est également un Camarade de l'Académie Américaine des Arts et des Sciences et du Conservatoire National des Inventeurs, notamment.

Mirkin a servi sur les Comités Consultatifs Éditoriaux de plus de 20 tourillons savants, y compris JACS, Angew. Chim., et Adv. Mère. ; actuellement, il est un Rédacteur Adjoint de JACS. Il est l'éditeur de fondation du Petit de tourillon, et il Co-a édité les livres bestselling multiples.

Mirkin retient un degré de B.S. de Dickinson College (1986, élu dans le Bêta Kappa de Phi) et un degré de Ph.D. du Penn. Université de Condition (1989). Il était un Boursier Post-Doctoral de NSF au MIT avant de devenir un professeur à l'Université Du Nord-ouest en 1991.