Unter Verwendung der kugelförmigen Nukleinsäuren, zum von Krankheit aufzuspüren und zu behandeln

Thought LeadersDr. Chad MirkinDirectorInternational Institute for Nanotechnology

Ein Interview mit Dr. Tschad Mirkin, Northwestern-Universität, leitete bis April Cashin-Garbutt, MA (Cantab)

Was sind kugelförmige Nukleinsäuren (SNAs)? Aus Was bestehen sie und wie sie sich unterscheiden von den linearen Nukleinsäuren?

Kugelförmige Nukleinsäuren sind Zellen, die gemacht werden, indem man eine Nanoparticleschablone nimmt und Chemie verwendet, um kurze Stränge von DNS oder von RNS auf der Oberfläche jener Partikel anzuordnen. Der kugelförmige Kern des Nanoparticle erstellt eine kugelförmige Anordnung für DNS oder RNS, ähnlich kleinen kleinen Kugeln von Nukleinsäuren.

Selbst wenn die Reihenfolgen identisch sein können, sind die Eigenschaften von kugelförmigen Nukleinsäuren zu linearen Nukleinsäuren sehr unterschiedlich. Zum Beispiel SNAs-Bindung ergänzende DNS oder RNS viel fester als lineare Nukleinsäuren.

Dies heißt, dass im Rahmen des Befunds und des Gebrauches SNAs als Diagnostikfühler, Sie eine niedrigere Konzentration eines Nukleinsäureziels zum Beispiel verwenden können verbunden mit einer gegebenen Krankheit. Und so, sind diese die Basis für hohe Empfindlichkeit und auch sehr hohe Selektivitätsfühler, in den molekularen Diagnose-Tools geworden.

Wie kann SNAs für den Befund von Infektion verwendet werden?

es gibt eine Technologie, die die Verigene-Anlage genannt wird, die durch Nanosphere in den Handel gebracht wurde, eine Firma, die Ich gegründet hatte, der dann an Luminex verkauft wurde. Die Verigene-Anlage wird verwendet, um die Unterzeichnungen zu sortieren, die insbesondere mit Krankheit, Infektionskrankheit und bei den sehr niedrigen Konzentrationen verbunden sind und bedeutet an den sehr frühen Zeitpunkten, das Vorhandensein einer bestimmten Infektion zu messen. Zum Beispiel im Blut.

Dieses ist wichtig, weil es dann verwendet werden kann zum Beispiel um Patienten mit Sepsis zu bestimmen, in der In der Lage sein zu bestimmen sehr früh weil jede Stunde lang wirklich wichtig ist, dass ein Patient undiagnosed und unbehandelt geht, die Möglichkeit von Sterblichkeit erhöht im Wesentlichen.

Technologie so ändert die Methode, die molekulare Diagnosen durchgeführt wird. Es ist ein sehr einfache und schnelle Punkt-vonsorgfalt medizinischer Diagnose-Tool, der den Befund der Methode der bakteriellen Infektion vor herkömmlichen Prüfungen zulässt. Es ist nicht notwendig, den Prozess des Züchtens der Probe durchzulaufen, die eine lange Zeit und, nimmt deshalb, geduldige Gefahr erhöht.

So schließlich, haben Sie ein Hilfsmittel, das für den Patienten besser ist, weil Sie erhalten eine genaue Diagnose früher und besser für den Doktor, weil der Doktor nicht unnötig viele unnötigen Antibiotika vorschreibt, Geld vergeuden, und zur Antibiotikaresistenz beitragen. Stattdessen kann das Hilfsmittel verwendet werden, um herauszufinden, wem eine bakterielle Infektion hat und wem nicht tut;  die angemessene Behandlung mit effektiven Maßnahmen kann dann genommen werden.

Was bezieht SNAsynthese mit ein?

Im Falle des Entwickelns eines biologischen Schildes, wird ein Goldnanoparticle für die Schablone verwendet, und das SNA wird gemacht, indem man die Schablone in Verbindung mit kurzen Strängen von DNS holt, die an ihr chemisch verankert werden können. Im Falle des Goldes sind die Verankerungsgruppen Thiolalkohole.

Wir haben einen Prozess entwickelt, der Ihnen erlaubt, die DNS oder die RNS auf der Oberfläche eines Partikels im sehr hohen Umfang zu belasten. Der Grund, der wichtig ist, ist, dass er die Orientierung erzwingt und der beider Architektur seine kugelförmige Form und auch die Eigenschaften gibt, die Ich erwähnt habe.

Gold-nanoparticles produziert durch Laser-Entfernung im schweren Wasser. Maßstabsbalken bezeichnet zwanzig nm (20 nm)

Können Sie Ihr bevorstehendes Gespräch bei Pittcon 2017 auf dem ` bitte umreißen In vitro und, das In vivo Diagnose-Tools für den Gleichlauf und die Behandlung von Krankheit' Nano--Aktiviert wird? Welche biologischen Drogenerprobungen werden Sie ein fokussieren?

Bei Pittcon werde Ich mich auf zwei verschiedene Baumuster biologische Drogenerprobungen konzentrieren:

  • Eine basiert nach der Verigene-Anlage
  • Eine neue Technologie, die ein intrazelluläre Nukleinsäure messen lässt, visiert an -- mRNA

Beide Technologien basieren auf SNAs, die Zellen sind, die eine Livezelle, Bindung zu einem bestimmten Ziel, in diesem Fall ein mRNA-Ziel eintragen können und eine fluorophore Signalisiereninstanz herausbekommen oder befreien, die der Zelle leuchtet.

Dieses erlaubt Ihnen, dann zum ersten Mal zu messen, der genetische Inhalt von Livezellen. Zusätzlich zum Messen des genetischen Inhalts, können Zellen unterschieden werden basierten auf mRNA-Ausdruckstufen. Der Einbauort der RNS innerhalb der Zelle kann auch gemessen werden, die besonders aufregend ist, weil niemand überhaupt gewesen ist, das in den Livezellen vor jetzt zu tun.

Dieses ist besonders interessant, weil, wenn Sie mit einer Technologie verbunden werden, Fluss Cytometry mögen Sie, Sie in der Lage sind, die Zellen zu sortieren, die nach genetischen Unterschieden basiert werden. Nesselkoralle ist eine Firma, die diese Technologie in den Handel gebracht und viele Varianten dieser Baumuster von Architektur, damit Forscher anfangen können, zum Beispiel nach seltenen Zellbevölkerungen zu suchen und verteilende Tumorzellen auszuwählen, in Anwesenheit der gesunden Zellen produziert hat.

Dieses wird eine Methode des Studierens der Zellen und der Anzahl von ihnen. Es erlaubt Ihnen auch, sie zu trennen, damit Sie sie nach der Tatsache studieren können. Sie können sie weg von Mehrheitszellbevölkerungen ziehen, sie züchten und sie verwenden, um die Ursprung von genetischen Unterschieden zu verstehen. Zum Beispiel Betrachten, wie die Zellen eines Krebspatienten auf verschiedene Baumuster von Therapeutik reagieren.

Dieses ist ein bedeutender Schritt hin zu personifizierter Medizin und dem Erhöhen unserer Fähigkeiten in Bezug auf prüfende Zellensysteme. Es ist auch für hohes Durchsatzdrogenscreening möglicherweise nützlich, in dem Sie betrachten können, wie verschiedene Baumuster des Drogenmoleküls verschiedene Baumuster von Genen aktivieren oder unterdrücken. Sie können ein Sichtablesen in diesem Fall erhalten, basiert nach dem Gebrauch von dieser Technologie, wir ansprechen als Nano-aufflackern Technologie. Nesselkoralle hat ein Formular von nanoflares in den Handel gebracht, die sie als Smartaufflackern ansprechen.

Was ist der Fokus Ihres zweiten Gespräches bei Pittcon 2017, ` Kugelförmige Nukleinsäuren als Starke Immunomodulations-Agenzien für Krebs-Therapie'?

SNAzellen stellen auch die Basis für eine gesamte neue Klasse Nukleinsäuretherapeutik dar. Es gibt drei zentrale Arterien Drogenentwicklung:

  • Kleine Moleküle

Nutzen ist, aspirin weithin bekannt, das ein großes Beispiel ist.

  • Biologics

Sieben der Spitzenzehn Drogen basieren nach Biologics; diese sind Antikörper, proteinbasierte Architektur. Sie haben viele Vorteile und Fähigkeiten, die darüber hinausgehen, was kleine Moleküle anbieten.

  • Nukleinsäuremedizin

Hier kurze Stückchen von DNS oder von RNS werden verwendet, um Krankheit zu behandeln und sie an seinen genetischen Wurzeln in Angriff zu nehmen.

Antisense Drogen basieren nach DNS und werden verwendet, um mRNA in den Zellen oben zu tränken und Übersetzung dieser RNS und Produktion von Proteinen zu stoppen, die wir mit Krankheit dazugehören. Die Idee hinter antisense ist, dass Sie die Zellen einer Person regeln und eine ungesunde Zelle in eine gesunde Zelle konvertieren können, indem Sie die Produktion eines spezifischen Baumusters Protein abreißen.

Dann entlang kam siRNA Technologie - ein Ähnliches Konzept in der Richtung, dass Sie die Produktion von spezifischen Baumustern von Proteinen abreißen, aber über verschiedene Bahnen. Die Idee des Entwickelns der genetischen Medizin ist wirklich das Konzept eines Baumusters digitale Medizin, in der anstelle jedes Mal Sie eine neue Droge benötigen Sie, die, Sie nicht nach einem neuen kleinen Molekül suchen, ändern Sie die Reihenfolge von DNS oder von RNS verwendend basiert nach einem Verständnis von biologischen Bahnen.

Von einem Begriffsstandpunkt waren diese wirklich starke Technologien. Sie führten, zu die Entwicklung vieler Handelsanflüge aber haben begrenzten Erfolg gehabt. Der Grund, der, digitale Medizin wirklich zu verwirklichen benötigen Sie ist, mehrfache Sachen im Spiel. Eins ist Sie müssen in der Lage sein, DNS und RNS zu synthetisieren, und zwei, müssen Sie in der Lage sein, Bahnen zu verstehen.

Diese zwei Punkte sind jetzt ausgeglichen worden; wir können, wie man DNS und RNS synthetisiert, und dank das Humangenomprojekt, kennen wir auch viel in den Bahnen der Krankheit und verschiedene Baumuster von Bahnen in Angriff nehmen, um Krankheit zu behandeln aus. Aber das Drittel und möglicherweise die meiste wichtige Anforderung, ist die Fähigkeit, die DNS oder die RNS zur Site zu kommen, die ist. Und das ist, wo die meisten Versuche untergeschritten haben.

Dieses ist, wo kugelförmige Nukleinsäuren sehr wichtig sind. SNAzellen, die nicht natürliches Äquivalent haben, können auf natürliche Anlagen vollständig unterschiedlich einwirken zu der gediegenen DNS und der RNS, von denen sie berechnet werden. Fast jede Zelle tippen Ihr Gehäuse, anders als reife rote Blutkörperchen, erkennen SNAs und internalisieren sie schnell ohne den Bedarf an den Transfectionsagenzien ein.

Dieses ist besonders interessant, weil zum Beispiel das Setzen normaler DNS oder der RNS herein sahnt und das Setzen sie auf Ihre Haut sie nicht gehen lässt in Ihre Hautzellen; aber mit kugelförmigen Nukleinsäuren nehmen sie sie schnell auf. Diese Entdeckung erschließen deshalb die Fähigkeit, aktuelle Medizin, lokale Medizin zu erstellen, die Ihnen erlauben, viele Krankheiten zu behandeln.

Und so haben wir diese Fähigkeit im Hinblick auf sich entwickelnde neue Typen von Behandlungen nach Hautkrankheit betrachtet.  Es gibt über 200 Krankheiten mit einer bekannten genetischen Basis. Ein kann anfangen, an das Erstellen von Therapeutik für das Auge, das Ohr, die Lunge, die Blase und den Doppelpunkt über ähnliche Anflüge zu denken.

Die grundlegenden Eigenschaften von SNAs machen Nukleinsäuren relevant für die Behandlung einer großen Auswahl der Beschwerden, die mit herkömmlichen Nukleinsäuren nicht adressierbar sind. Die ersten SNAkonstrukte sind- in den Studien am Menschen für die Behandlung von Psoriasis.

Wie konnte SNAs in den Krebsimpfstoffen verwendet werden?

Eine Andere Anwendung, die wir erforscht haben, ist der Gebrauch von Zellen als starke Regler des Immunsystems. SNAs meldet Immunzellen, Baumzellen an, und wenn die Reihenfolge korrekt ist, aktivieren sie Zoll ähnliche Empfänger, damit Sie ein Tier nehmen können, oder einen Patienten prinzipiell und aktivieren selektiv ihr Immunsystem.

Dieses lässt die Schaffung von neuen Formularen von Impfstoffen zum Beispiel zu wo Sie das Gehäuse einer Person ausbilden können, um ein spezifisches Baumuster Krebs zu kämpfen. Dieses ist, was im Augenblick geschieht, wir haben eine ganze Reihe Drogenkandidaten, die nach diesem Anflug basiert werden, und Ich werde Haupt- über Prostatakrebs bei Pittcon sprechen.

Prinzipiell konnten Impfstoffe so entwickelt werden, um viele verschiedenen Baumuster Krebse, einschließlich Krebs des Gehirns, der Blase, des Doppelpunktes und des Melanomen zu behandeln.

In Welchem Stadium der Entwicklung sind SNAkrebsimpfstoffe aktuell und welche Hürden müssen noch ausgeglichen werden?

Die Krebsimpfarbeit ist gerade ungefähr, in menschliche klinische Studien einzusteigen dieses Jahr. Die Technologie ist weitgehend in den Tieren geuntersucht worden und gewesen worden sicher zum Beispiel in den Primaten.

Die Studien am Menschen sind extrem wichtig. Mit einem Krebsimpfstoff modulieren Sie das Immunsystem einer Person und es gibt eine Gefahr des Erstellens von Autoimmunreaktionen.

Was sind die nächsten Schritte in Ihrer Forschung?

Für mich ist es ganz über das Verständnis, was diese Zellen so speziell und fortfahrend, zu verstehen macht, wie wir verschiedene Formulare von kugelförmigen Nukleinsäuren aufbauen können und die eindeutigen Eigenschaften von ihnen verwendet, um Hauptschwierigkeiten in der Medizin und andere Bereiche der Forschung zu lösen.

Wissen wir aktuell, warum die kugelförmigen Nukleinsäuren internalisiert werden, oder sind die weitere Forschung, die benötigt wird, um dieses völlig zu verstehen?

In dem Augenblick als, wir glauben, dass sie erkannt werden durch, was Reinigerempfänger genannt werden; diese sind die Zellen, die für viele Zellbaumuster geläufig sind, und sie werden verwendet, um Fracht in und aus Zellen zu verschieben.

Sie sind auch gezeigt worden, um an kugelförmige Nukleinsäuren fester zu erkennen und zu binden viel als lineare Nukleinsäuren, und so effektiv haben wir, im Teil zufällig, entdeckt und konstruiert einer Architektur, die durch natürliche biologische Maschinerie erkannt wird, Reinigerempfängern, die zu ihre Internalisierung in eine Zelle führen.

Es gibt einige Papiere, die dieses für verschiedene Zellbaumuster erforschen, und die- ganze unsere Forschung ist bis jetzt mit dieser Schlussfolgerung in Einklang.

Was sind Sie vorwärts betrachtend zu Pittcon 2017?

Es ist ehrlich ein wirklich aufregender Ort für jedes, das an analytischer Chemie, neuer Instrumentierung oder den neuen Techniken verbunden sind mit dieser Instrumentierung interessiert wird, und so, genieße Ich besonders die Grenzgespräche. Aber selbstverständlich, genieße Ich auch die Ausstellungshalle und das Sehen der ganzer neuen Technologie auf Bildschirmanzeige.

Welches Pittcon für Sie von AZoNetwork auf Vimeo tun Kann.

Wo können Leser mehr Informationen finden?

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Über Dr. Tschad MirkinTschad A. Mirkin

Dr. Tschad A. Mirkin ist der Direktor des Internationalen Instituts für Nanotechnologie und der Prof George-B. Rathmann von Chemie, der Chemischen und Biologischen Technik, der Biomedizinischen Technik, der Material-Wissenschaft u. der Technik und der Medizin an der Northwestern-Universität.

Er ist ein Chemiker und ein weltberühmter nanoscience Experte, der für seine Entdeckung und Entwicklung von kugelförmigen Nukleinsäuren und (SNAs) SNA-basiertes biodetection und therapeutische Entwürfe, Federhalter Nanolithography und (DPN) in Verbindung gestandene freitragend-freie nanopatterning Verfahrene, Auf-Kabel Lithographie (OWL) und KoaxialLithographie (KOHLE) bekannt, und Beiträge zur supramolekularen Chemie- und Nanoparticlesynthese.

Er ist der Autor von über 670 Manuskripten und über 1.000 Patentanmeldungen weltweit (290 herausgegeben), und er ist der Gründer von mehrfachen Firmen, einschließlich Nanosphere, AuraSense und Exicure, die Nanotechnologieanwendungen in den Biowissenschaften und in der Biomedizin in den Handel bringen.

Mirkin ist mit über 100 national und internationalen Preisen, einschließlich den Preis 2016 Dans David und den Eröffnungs-Sackler-Preis in der Konvergenz-Forschung erkannt worden. Er war ein Bauteil von Council des Präsidenten von Beratern auf Wissenschaft u. Technologie (Obama-Verwaltung) und einer sehr weniger zu allen drei US-Staatsangehörig-Akademien gewählt zu werden Wissenschaftler. Er ist auch ein Gegenstück der Amerikanischen Akademie von Künsten und von Wissenschaften und der Nationalen Akademie der Erfinder, unter anderem.

Mirkin hat auf den Redaktionellen Beiräten von über 20 Fachzeitschriften, einschließlich JACS, Angew gedient. Chem. und Adv. Mater.; zur Zeit ist er ein Mitherausgeber von JACS. Er ist der Gründungsherausgeber des Kleinen Zapfens, und er hat mehrfache Bestseller- Bücher mit-bearbeitet.

Mirkin hält einen B.S.-Grad von Dickinson College (1986, gewählt in Phi-BetaKappa) und einen Ph.D.-Grad vom Penn an. Zustand Univ (1989). Er war ein NSF-Promovierter Wissenschaftlicher Mitarbeiter am MIT vor dem Werden ein Professor an Nordwestlicher Univ im Jahre 1991.