Facendo Uso degli acidi nucleici sferici per tenere la carreggiata e trattare malattia

Thought LeadersDr. Chad MirkinDirectorInternational Institute for Nanotechnology

Un'intervista con il Dott. Repubblica Del Chad Mirkin, Northwestern University, ha condotto da ora ad aprile Cashin-Garbutt, il MA (Cantab)

Che Cosa sono acidi nucleici sferici (SNAs)? Di Che Cosa consistono e come essi differiscono dagli acidi nucleici lineari?

Gli acidi nucleici Sferici sono strutture che sono fatte la cattura del modello di nanoparticella ed usando la chimica per sistemare i brevi fili di DNA o di RNA sulla superficie di quelle particelle. La memoria sferica della nanoparticella crea una disposizione sferica di DNA o di RNA, simile alle piccole palle minuscole degli acidi nucleici.

Anche se le sequenze possono essere identiche, i beni degli acidi nucleici sferici sono molto differenti dagli acidi nucleici lineari. Per esempio, DNA di legatura di SNAs o RNA complementare molto più strettamente degli acidi nucleici lineari.

Ciò significa che nel contesto di rilevazione e dell'uso di SNAs come sonde di sistema diagnostico, potete usare una concentrazione più bassa di obiettivo dell'acido nucleico, per esempio, connesso con una malattia data. E così, queste si sono trasformate nella base per l'alta sensibilità ed anche in sonde molto alte di selettività, in strumenti diagnostici molecolari.

Come può SNAs essere usato per la rilevazione delle infezioni?

c'è una tecnologia chiamata il sistema che è stato commercializzato da Nanosphere, una società che di Verigene avevo fondato, che poi è stato venduto a Luminex. Il sistema di Verigene è usato per ordinare le impronte connesse con la malattia, malattia infettiva in particolare ed alle concentrazioni molto basse, significanti ai punti molto in anticipo di tempo, misurare la presenza di infezione particolare. Per esempio, nel sangue.

Ciò è importante perché può poi essere usata, per esempio, per diagnosticare i pazienti con sepsi, dove potere diagnosticare molto presto è realmente importante perché per ogni ora che un paziente va undiagnosed e non trattato, la probabilità della mortalità aumenta sostanzialmente.

La Tecnologia come questa sta cambiando il modo che i sistemi diagnostici molecolari è effettuato. È uno strumento diagnostico medico di punto-de-cura molto semplice e rapida che tiene conto la rilevazione del modo di infezioni batteriche prima delle prove convenzionali. Non è necessario passare con il trattamento della coltura del campione, che richiede molto tempo e, pertanto, aumenta il rischio paziente.

Così infine, avete uno strumento che è migliore per il paziente perché ottenete una diagnosi accurata più in anticipo e migliore per il medico, perché il medico non sta prescrivendo inutilmente molti antibiotici inutili, sprecando la moneta e contribuendo alla resistenza a antibiotici. Invece lo strumento può essere utilizzato per capire chi ha un'infezione batterica e chi non fa;  il trattamento appropriato con le efficaci misure poi può essere catturato.

Che Cosa la sintesi di SNA comprende?

Nel caso dello sviluppare un contrassegno biologico, una nanoparticella dell'oro è usata per il modello e lo SNA è fatto portando il modello in contatto con i brevi fili di DNA che possono chimicamente essere ancorati a. Nel caso di oro, i gruppi d'ancoraggio sono tioli.

Abbiamo sviluppato un trattamento che permette che carichiate il DNA o il RNA sulla superficie di una particella nelle misure molto alte. La ragione per cui è importante è che forza l'orientamento e dà all'architettura entrambe la sua forma sferica ed anche i beni che sto citando.

Nanoparticelle dell'Oro prodotte tramite ablazione del laser in acqua pesante. La barra del Disgaggio denota venti nanometri (20 nanometro)

Potete descrivere prego la vostra conversazione imminente a Pittcon 2017 su ` Nano-Permesso agli Strumenti In vitro e In vivo Diagnostici per Tenere La Carreggiata ed il Trattamento della Malattia'? Che analisi biologiche metterete a fuoco sopra?

A Pittcon metterò a fuoco su due tipi differenti di analisi biologiche:

  • Quelli basati sopra il sistema di Verigene
  • Una nuova tecnologia che permette che una misuri l'acido nucleico intracellulare mira a -- mRNA

Entrambe Le tecnologie sono basate su SNAs, che sono strutture che possono fornire una cella in tensione, la legatura ad un obiettivo particolare, in questo caso un obiettivo del mRNA e suscitano o liberano un'entità fluorophore di segnalazione che illumina la cella.

Ciò permette che poi misuriate per la prima volta, il contenuto genetico delle celle in tensione. Oltre a misurare il contenuto genetico, le celle possono essere differenziate hanno basato ai livelli di espressione del mRNA. La posizione del RNA all'interno della cella può anche essere misurata, che è particolarmente emozionante perché nessuno ha potuto mai fare quello in celle in tensione prima d'ora.

Ciò è particolarmente interessante perché una volta accoppiato con una tecnologia gradisca la citometria a flusso, voi possono ordinare le celle basate sopra le differenze genetiche. Il Millipore è una società che ha commercializzato questa tecnologia ed ha prodotto molte variazioni di questi tipi di architetture, di modo che i ricercatori possono cominciare a guardare, per esempio, per le popolazioni rare delle cellule ed a selezionare le celle di circolazione del tumore, in presenza delle celle in buona salute.

Ciò si trasforma in in un modo di studio le celle e del numero di loro. Egualmente permette che li isoliate in moda da potervi studiarli voi dopo il fatto. Potete tirarli a partire dalle popolazioni delle cellule di maggioranza, coltivarli ed usarli per capire le origini delle differenze genetiche. Per esempio, esaminare come le celle di un malato di cancro rispondono ai tipi differenti di terapeutica.

Ciò è un punto importante verso medicina personale e l'aumento delle nostre capacità riguardo a sondare i sistemi cellulari. È egualmente potenzialmente utile per l'alta selezione della droga di capacità di lavorazione, in cui potete esaminare come i tipi differenti di molecole della droga attivano o sopprimono i tipi differenti di geni. Potete ottenere una lettura visiva in questo caso, in base all'uso di questa tecnologia, noi vi riferite a come tecnologia del nano-chiarore. Il Millipore ha commercializzato un modulo dei nanoflares che si riferiscono a come Smart-chiarori.

Che Cosa sarà il fuoco della vostra seconda conversazione a Pittcon 2017, Acidi Nucleici Sferici del ` come Agenti Potenti di Immunomodulation per la Terapia del Cancro'?

Le strutture di SNA egualmente rappresentano la base per un'intera nuova classe di terapeutica dell'acido nucleico. Ci sono tre arterie centrali dello sviluppo della droga:

  • Piccole molecole

I Vantaggi sono ben noti, aspirina che è un grande esempio.

  • Biologics

Sette delle dieci droghe principali sono basati sopra il biologics; questi sono anticorpi, le architetture a base di proteine. Presentano molti vantaggi e capacità che vanno oltre che cosa le piccole molecole offrono.

  • Medicine dell'acido Nucleico

I frammenti Qui brevi di DNA o di RNA sono usati per trattare la malattia ed attaccarlo alle sue root genetiche.

Le droghe Antisenso sono basate sopra DNA e sono usate per assorbire il mRNA in celle e per fermare la traduzione di quel RNA e la produzione delle proteine che associamo con la malattia. L'idea dietro antisenso è che potete regolamentare le celle di una persona e convertire una cella non sana in cella in buona salute abbattendo la produzione di un tipo specifico di proteina.

Poi è venuto avanti la tecnologia del siRNA - un simile concetto nel senso che state abbattendo la produzione dei tipi specifici di proteine, ma via le vie differenti. L'idea di sviluppare la medicina genetica è realmente il concetto di un tipo di medicina digitale, in cui invece ogni volta di voi abbia bisogno di nuova droga che non cercate una nuova piccola molecola, cambiate la sequenza di DNA o di RNA che è usando basato sopra una comprensione delle vie biologiche.

Da un punto di vista concettuale, queste erano le tecnologie realmente potenti. Piombo allo sviluppo di molti approcci commerciali ma hanno avute successo limitato. La ragione che è, vero realizzare la medicina digitale avete bisogno delle cose multiple nel gioco. Uno è voi deve potere sintetizzare il DNA ed il RNA e due, dovete potere capire le vie.

Queste due emissioni ora sono state sormontate; sappiamo come sintetizzare il DNA ed il RNA e grazie al progetto Genoma Umano, egualmente conosciamo molto circa le vie della malattia e attaccare i tipi differenti di vie per trattare la malattia. Ma il terzo e forse la maggior parte del requisito importante, è la capacità di ottenere il DNA o il RNA al sito che importa. E quello è dove la maggior parte dei tentativi hanno stato a corto.

Ciò è dove gli acidi nucleici sferici sono molto importanti. Le strutture di SNA, che hanno equivalente non naturale, possono interagire completamente diversamente con i sistemi naturali dal DNA e dal RNA indigeni da cui sono derivate. Quasi ogni cella digita dentro il vostro organismo, all'infuori dei globuli rossi maturi, riconosce SNAs e rapido li interiorizza senza l'esigenza degli agenti di transfezione.

Ciò è particolarmente interessante perché, per esempio, mettere il DNA o il RNA normale dentro screma e metterli sulla vostra interfaccia non li trasformeranno andare le vostre cellule epiteliali; ma con gli acidi nucleici sferici li prenderanno rapido. Questa scoperta quindi apre la capacità di creare le medicine attuali, medicine locali, che permettono che trattiate molte malattie.

E così stiamo esaminando questa capacità in termini di nuovi tipi di sviluppo di trattamenti per la malattia della pelle.  C'è oltre 200 malattie con una base genetica conosciuta. Uno può cominciare a pensare a creare la terapeutica per l'occhio, l'orecchio, il polmone, la vescica ed il colon via i simili approcci.

I beni fondamentali di SNAs preparano gli acidi nucleici pertinenti per il trattamento delle una vasta gamma condizioni mediche non indirizzabili con gli acidi nucleici convenzionali. Le prime costruzioni di SNA sono nelle prove umane per il trattamento della psoriasi.

Come ha potuto SNAs essere utilizzato nei vaccini del cancro?

Un'Altra applicazione che stiamo ricercando è l'uso delle strutture come regolatori potenti del sistema immunitario. SNAs entrerà nelle celle immuni, celle dentritiche e se la sequenza è corretta, attiveranno i ricevitori del tipo di tributo, di modo che potete catturare un animale, o un paziente in linea di principio e selettivamente attivano il loro sistema immunitario.

Ciò tiene conto la creazione di nuovi moduli dei vaccini, per esempio, dove potete formare l'organismo di una persona per combattere un tipo specifico di cancro. Ciò è che cosa sta accadendo ora, noi ha un'intera serie di candidati della droga basati sopra questo approccio e parlerò soprattutto circa carcinoma della prostata a Pittcon.

In linea di principio i vaccini come questo hanno potuto essere sviluppati per trattare molti tipi differenti di cancri, compreso cancro del cervello, della vescica, del colon e del melanoma.

Che fase dello sviluppo sono corrente i vaccini del cancro di SNA e che transenne ancora devono essere sormontate?

Il lavoro vaccino del cancro sta appena circa per entrare in test clinici umani questo anno. La tecnologia è stata controllata estesamente in animali e si è rivelata essere sicura, per esempio, in primati.

Le prove umane sono estremamente importanti. Con un vaccino del cancro, state modulando il sistema immunitario di una persona e c'è un rischio di creazione delle risposte autoimmuni.

Che Cosa sono i punti seguenti nella vostra ricerca?

Per me, è interamente circa la comprensione del che cosa rende queste strutture così speciali e continuando a capire come possiamo sviluppare i moduli differenti degli acidi nucleici sferici ed usa i beni unici loro per risolvere i problemi principali nella medicina ed altri campi di ricerca.

Corrente sappiamo perché gli acidi nucleici sferici sono interiorizzati o siamo ulteriore ricerca stata necessaria completamente per capire questo?

Dal momento che, crediamo che siano riconosciuti da che cosa sono chiamati ricevitori dell'organismo saprofago; queste sono strutture comuni a molti tipi delle cellule e sono usate per muovere il carico dentro e fuori delle celle.

Egualmente sono state indicate per riconoscere molto più strettamente e legare agli acidi nucleici sferici degli acidi nucleici lineari e così efficacemente abbiamo accidentalmente, in parte, scoperto e progettato un'architettura che è riconosciuta da macchinario biologico naturale, ricevitori dell'organismo saprofago che piombo alla loro interiorizzazione in una cella.

Ci sono parecchi documenti che esplorano questo per i tipi differenti delle cellule e tutta la nostra ricerca finora è coerente con quella conclusione.

Che Cosa sono voi che esaminate in avanti a Pittcon 2017?

È onesto una sede realmente emozionante per qualcuno interessato alla chimica analitica, alla nuova strumentazione, o alle nuove tecniche connesse con quella strumentazione e così, godo specialmente dei colloqui di frontiera. Ma naturalmente, egualmente godo del corridoio dell'Expo e del vedere tutta la nuova tecnologia su visualizzazione.

Che Pittcon Può fare per Voi da AZoNetwork su Vimeo.

Dove possono i lettori trovare più informazioni?

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Circa Dott. Repubblica Del Chad MirkinLa Repubblica Del Chad A. Mirkin

Il Dott. Repubblica Del Chad A. Mirkin è il Direttore dell'Istituto Internazionale per Nanotecnologia ed il Prof. di George B. Rathmann di Chimica, Assistenza Tecnica Chimica e Biologica, Assistenza Tecnica Biomedica, Scienza & Assistenza Tecnica dei Materiali e Medicina alla Northwestern University.

È un chimico e un esperto di fama mondiale in nanoscience, che è conosciuto per la suoi scoperta e sviluppo degli acidi nucleici sferici (SNAs) e a biodetection basato a SNA e schemi terapeutici, Immersione-Penna Nanolithography (DPN) e metodologie nanopatterning senza a mensola riferite, la Litografia del Su Collegare (OWL) e la Litografia Coassiale (CARBONE) e contributi alla sintesi sovramolecolare di nanoparticella e di chimica.

È l'autore oltre di 670 manoscritti ed oltre 1.000 richieste di brevetto universalmente (290 pubblicati) ed è il fondatore delle società multiple, compreso Nanosphere, AuraSense e Exicure, che stanno commercializzando le applicazioni di nanotecnologia in scienze biologiche e biomedicina.

Mirkin è stato riconosciuto con oltre 100 nazionali ed i premi internazionali, compreso il Premio 2016 di Dan David ed il Premio inaugurale di Sackler nella Ricerca di Convergenza. Era un membro del Council del Presidente dei Consiglieri su Scienza & sulla Tecnologia (Amministrazione di Obama) ed uno molto di pochi scienziati da eleggere a tutte e tre le Accademie del Cittadino degli STATI UNITI. È egualmente un Collega dell'Accademia Americana delle Arti e delle Scienze e dell'Accademia Nazionale degli Inventori, tra l'altro.

Mirkin è servito sui Comitati Consultivi Editoriali oltre di 20 pubblicazioni da studioso, compreso JACS, Angew. Chim. e Adv. Mater.; attualmente, è un Editore di Socio di JACS. È l'editore fondante del giornale Piccolo e co-ha modificato i libri bestselling multipli.

Mirkin tiene un grado di B.S. da Dickinson College (1986, eletto nelle Beta Kappe del Phi) e un grado di Ph.D. dal Penn. Stato Università (1989). Era un Collega Postdottorale del NSF al MIT prima del diventare il professor all'Università Nordoccidentale nel 1991.