Используя сферически нуклеиновые кислоты для того чтобы отслеживать и обрабатывать заболевание

Thought LeadersDr. Chad MirkinDirectorInternational Institute for Nanotechnology

Интервью с Др. Чэд Mirkin, дирижированным Северо-Западный Университетом, к Cashin-Garbutt -го Эйприл, MA (Cantab)

Что сферически нуклеиновые кислоты (SNAs)? Чего они состоят из и как они отличают от линейных нуклеиновых кислот?

Сферически нуклеиновые кислоты структуры которые сделаны путем принимать шаблон nanoparticle и использование химии для того чтобы аранжировать короткие стренги ДНА или РИБОНУКЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЫ на поверхности тех частиц. Сферически сердечник nanoparticle создает сферически расположение ДНА или РИБОНУКЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЫ, подобное к малюсеньким маленьким шарикам нуклеиновых кислот.

Даже если последовательности могут быть идентичны, свойства сферически нуклеиновых кислот отличал очень линейные нуклеиновые кислоты. Например, ДНА связи SNAs комплементарные или РИБОНУКЛЕИНОВАЯ КИСЛОТА очень более плотно чем линейные нуклеиновые кислоты.

Это значит что в контексте обнаружения и пользы SNAs как зонды диагностики, вы можете использовать более низкую концентрацию цели нуклеиновой кислоты, например, связанной с, котор дали заболеванием. И так, эти имеют легли в основу для высокой чувствительности и также очень высоких зондов селективности, в молекулярных диагностических инструментах.

Как можно SNAs использовать для обнаружения инфекций?

вызванная технология системой которая была commercialized Nanosphere, компанией Verigene Я начал, который после этого был продан к Luminex. Система Verigene использована для того чтобы сортировать подписи связанные с заболеванием, инфекционным заболеванием в частности, и на очень низкой концентрации, на очень скоро этапы времени, измерить присутсвие определенной инфекции. Например, в крови.

Это важно потому что его можно после этого использовать, например, для того чтобы диагностировать пациентов с сепсис, где мочь диагностировать очень скоро действительно важен потому что на каждый час что пациент идет undiagnosed и необработанный, шанс смертности увеличивает существенно.

Технология как это изменяет путь молекулярные диагностики унесены. Это инструмент очень простой и быстрой пункт--внимательности медицинский диагностический который позволяет для обнаружения путя бактериальных инфекций перед обычными испытаниями. Не необходимо для того чтобы пойти через процесс выращивать в питательной среде: образец, которое принимает долгое время и, поэтому, увеличивает терпеливейший риск.

Настолько в конечном счете, вы имеете инструмент который более лучший для пациента потому что вы получаете точный диагноз более предыдущим и более лучшим для доктора, потому что доктор needlessly не предписывает много ненужные антибиотики, расточительствующ деньги, и способствующ к антибиотическому сопротивлению. Вместо инструмент можно использовать к давати в численном выражении которая имеют бактериальную инфекцию и которая не делает;  соотвествующую обработку с действенными мерами после этого можно принять.

Чего синтез SNA включает?

В случае начинать биологический ярлык, nanoparticle золота использован для шаблона, и SNA сделан путем приносить шаблон в контакте с короткими стренгами ДНА которые можно химически поставить на якорь к ему. В случае золота, ставя на якорь группы тиолы.

Мы начинали процесс который позволяет вам нагрузить ДНА или РИБОНУКЛЕИНОВУЮ КИСЛОТУ на поверхности частицы в очень высокие объемы. Причина которая важна что она принуждает ориентацию и дает зодчеству оба свою сферически форму и также свойства которую Я упоминал.

Nanoparticles Золота произведенные удалением лазера в тяжелой воде. Адвокатское сословие Маштаба обозначает 20 нанометров (20 nm)

Можете вы пожалуйста конспектировать вашу предстоящую беседу на Pittcon 2017 на ` Nano-Позволенном В Vitro и Внутри - Инструменты vivo Диагностические для Отслеживать и Обрабатывать Заболевание'? Какие биотестирования вы будете фокусировать дальше?

На Pittcon Я буду фокусировать на 2 разных видах биотестирований:

  • Одни основанные на системе Verigene
  • Новая технология которая позволяет одному измерить внутриклеточную нуклеиновую кислоту пристреливает -- mRNA

Обе технологии основаны на SNAs, которая структуры которые могут вписать клетку в реальном маштабе времени, связь к определенной цели, в этот случай цель mRNA, и выпытывают или освобождают fluorophore реальность signaling которая освещает вверх клетку.

Это позволяет вам после этого измерить для the first time, генетическое содержание клеток в реальном маштабе времени. В дополнение к измерять генетическое содержание, клетки можно продифференцировать основали на уровнях выражения mRNA. Положение РИБОНУКЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЫ внутри клетка можно также измерить, которая специально exciting потому что никто всегда могл сделать то в клетках в реальном маштабе времени перед теперь.

Это специально интересно потому что соединяно с технологией полюбите cytometry подачи, вы могл сортировать клетки основанные на генетических разницах. Millipore компания которая commercialized эта технология и производила много изменений этих типов зодчеств, так, что исследователя смогут начать смотреть, например, для редких населенностей клетки и выбора вне обеспечивая циркуляцию клетки тумора, в присутствии к здоровым клеткам.

Это будет путем изучать клетки и число их. Оно также позволяет вам изолировать их так, что вы сможете изучить их после факта. Вы можете вытянуть их далеко от населенностей клетки большинства, вырастити в питательноть среде их, и использовать их для того чтобы понять начала генетических разниц. Например, смотреть как клетки онкологического больного отвечают к разным видам терапевтики.

Это крупный шаг к персонализированной медицине и увеличивать наши возможности по отношению к зондировать клетчатые системы. Также потенциально полезно для высокого скрининга снадобья объём, где вы можете посмотреть как разные виды молекулы снадобья активируют или подавляют разные виды генов. Вы можете получить визуально отсчет в этот случай, основанный на пользе этой технологии, мы называете технология nano-пирофакела. Millipore commercialized форма nanoflares они называют умн-пирофакелы.

Что будет фокусом вашей второй беседы на Pittcon 2017, Кислоты ` Сферически Нуклеиновые как Мощные Агенты Immunomodulation для Терапии Карциномы'?

Структуры SNA также представляют основу для всего нового класса терапевтики нуклеиновой кислоты. 3 центральных артерии развития снадобья:

  • Малые молекулы

Преимущества известный, аспирин великим примером.

  • Biologics

7 из снадобиь первой десятки основаны на biologics; эти антитела, протеин-основанные зодчеств. Они имеют много преимущества и возможности которые идут за чего малые молекулы предлагают.

  • Медицины Нуклеиновой кислоты

Здесь короткие фрагменты ДНА или РИБОНУКЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЫ использованы для того чтобы обработать заболевание и атаковать его на свои генетические корни.

Antisense снадобья основаны на ДНА и использованы для того чтобы выдержать вверх mRNA в клетках и остановить перевод той РИБОНУКЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЫ и продукцию протеинов которые мы связываем с заболеванием. Идея за antisense что вы можете отрегулировать клетки персоны и преобразовать нездоровую клетку в здоровую клетку путем стучать вниз продукцией специфического типа протеина.

После Этого пришла вперед технология siRNA - подобная принципиальная схема в смысле, что вы стучаете вниз продукцией специфических типов протеинов, но через различные тропа. Идея начинать генетическую медицину действительно принципиальная схема типа цифровой медицины, где вместо каждого времени вам нужно новое снадобье вы не ищете новая малая молекула, вы изменяете последовательность ДНА или будучи использованными РИБОНУКЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЫ основанными на вникании биологических тропа.

От схематической точки зрения, эти были действительно мощными технологиями. Они вели к развитию много коммерчески подходов но имели лимитированный успех. Причина, поистине осуществить цифровую медицину вам нужны множественные вещи в игре. Одно вы должно мочь синтезировать ДНА и РИБОНУКЛЕИНОВУЮ КИСЛОТУ, и 2, вы должны мочь понять тропа.

Эти 2 вопроса теперь были отжаты; мы умеем как синтезировать ДНА и РИБОНУКЛЕИНОВУЮ КИСЛОТУ, и спасибо проект людского генома, мы также знаем много о тропа заболевания и как атаковать разные виды тропа для того чтобы обработать заболевание. Но треть, и возможно большинств важное требование, способность получить ДНА или РИБОНУКЛЕИНОВУЮ КИСЛОТУ к месту которое имеет значение. И то куда большинств попытки падали не доходя.

Это где сферически нуклеиновые кислоты очень важны. Структуры SNA, которые имеют не естественный эквивалент, могут взаимодействовать с иначе, чем естественных систем вполне родние ДНА и РИБОНУКЛЕИНОВАЯ КИСЛОТА от которого они выведены. Почти каждая клетка печатает внутри ваше тело на машинке, за исключением возмужалых клеток крови, узнает SNAs и быстро внедряет их без потребности для агентов transfection.

Это в частности интересно потому что, например, класть нормальные ДНА или РИБОНУКЛЕИНОВУЮ КИСЛОТУ внутри creams и класть их на вашу кожу не сделает их пойти в ваши клетки эпителия; но с сферически нуклеиновыми кислотами они быстро примут их вверх. Это открытие поэтому раскрывает вверх по способности создать злободневные медицины, местные медицины, которые позволяют вам обработать много заболевания.

И так мы смотрели эту возможность оперируя понятиями начинать новые виды обработки для заболевания кожи.  Там над 200 заболеваниями с известной генетической основой. Одно может начать думать о создавать терапевтику для глаза, уха, легкего, пузыря, и двоеточия через подобные подходы.

Основные свойства SNAs делают нуклеиновые кислоты уместным для обрабатывать широкий диапазон клинических условий не addressable с обычными нуклеиновыми кислотами. Первые стройки SNA в людских пробах для обрабатывать псориаз.

Как смогло SNAs быть использовано в вакцинах рака?

Другое применение мы исследовали польза структур как мощные регуляторы иммунной системы. SNAs впишет иммунные клетки, ветвеобразные клетки, и если последовательность правильна, то, они активируют пошлин-как приемные устройства, так, что вы сможете принять животное, или пациент в принципе, и выборочно активируют их иммунную систему.

Это позволяет для творения новых форм вакцин, например, где вы можете натренировать тело персоны для того чтобы воевать специфический тип рака. Это что случается теперь, мы имеет всю серию выбранных снадобья основанных на этом подходе, и Я буду говорить главным образом о раке простаты на Pittcon.

В принципе вакцины как это смогли быть начаты для того чтобы обработать много разных видов раков, включая рак мозга, пузыря, двоеточия, и меланомы.

Каком этапе развития вакцины рака SNA в настоящее время на и каком барьерам все еще нужно быть отжатым?

Работа рака вакционная как раз около пойти в людские клинические испытания этот год. Технология обширно была vetted в животных и была доказаны, что будет безопасна, например, в приматах.

Людские пробы весьма важны. С вакциной рака, вы модулируете иммунную систему персоны и риск создавать аутоиммунные реакции.

Что следующие шаги в вашем исследовании?

Для меня, оно совсем о понимать что делает эти структуры настолько специальным и продолжающ для того чтобы понять как мы можем построить различные формы сферически нуклеиновых кислот, и использует уникально свойства их для того чтобы разрешить главные проблемы в медицине и другие зоны исследования.

Мы в настоящее время знаем почему сферически нуклеиновые кислоты внедрены или более дальнеишее исследование нужное полно для того чтобы понять это?

В настоящее время, мы верим что они что вызвано приемными устройствами выносителя; эти структуры общие к много типов клетки, и они использованы для того чтобы двинуть груз в и из клеток.

Они также были показаны, что узнают и связывают к сферически нуклеиновым кислотам очень более плотно чем линейные нуклеиновые кислоты, и настолько эффектно мы имеем, в части конструированной аварией, открынной и зодчеству которое естественным биологическим машинным оборудованием, приемным устройствам выносителя которые водят к их internalization в клетку.

Несколько бумаг которые исследуют это для различных типов клеток, и все из нашего исследования таким образом далеко последовательно с тем заключением.

Что вы смотря вперед к на Pittcon 2017?

Это честно действительно exciting место для кто-нибудь интересуемого в аналитической химии, новом измерительном оборудовании, или новых методах связанных с тем измерительным оборудованием, и так, Я в частности наслаждаюсь беседами границы. Но конечно, Я также наслаждаюсь залой экспо и видеть полностью новую технологию на дисплее.

Какое Pittcon Может сделать для Вас от AZoNetwork на Vimeo.

Где могут читатели найти больше информации?

  1. Cutler, J.I.; Auyeung, E.; Mirkin, A. «Сферически Нуклеиновые Кислоты C.,» J. Am. Chem. SOC., 2012, 134, 1376-1391, doi: 10.1021/ja209351u.
  2. Alhasan, H.A.; Ким, D.Y.; Даниель, L.W.; Уотсон, E.; Meeks, J.J.; Thaxton, C.S.; Mirkin, Профилировать Блока microRNA A. «Scanometric C. (Scano-miR) Отметок Карциномы Простаты Используя Сферически Нуклеиновый (SNA) Nanoparticle Кислот-Золота Спрягает,» Заднепроходно. Chem., 2012, 84, 4153-4160, doi: 10.1021/ac3004055, PMCID; PMC3357313.
  3. Zheng, D.; Giljohann, A.D.; Chen, L.D.; Massich, D.M.; Wang, X. - Q; Iordanov, H.; Mirkin, A.C.; Paller, A.S. «Злободневная Поставка siRNA-основанных Сферически Конъюгатов Nanoparticle Нуклеиновой Кислоты для Регулировки Джина,» Proc. Национально. Aca. Sci. США, 2012, 109, 11975-11980, doi: 10.1073/pnas.1118425109, PMCID: PMC3409786.
  4. Детеныши, K.L; Скотт, W.A.; Hao, L.; Mirkin, S.E.; Liu, G.; Mirkin, A. «Полые Сферически Нуклеиновые Кислоты C. для Внутриклеточной Регулировки Джина Основанной На Biocompatible Раковинах Кремнезема,» Nano Lett., 2012, 12, 3867-3871, doi: 10.1021/nl3020846, PMCID: PMC3397824.
  5. Zhang, K.; Hao, L.; Hurst, J.S.; Mirkin, A. «Антител-Соединенные Сферически Нуклеиновые Кислоты C. для Клетчатый Пристреливать,» J. Am. Chem. SOC., 2012, 134, 16488-16491, doi: 10.1021/ja306854d, PMCID: PMC3501255.
  6. Choi, J.H.C.; Hao, L.; Narayan, P.S.; Auyeung, E.; Mirkin, A. «Механизм C. для Endocytosis Сферически Конъюгатов Nanoparticle Нуклеиновой Кислоты,» Proc. Национально. Aca. Sci., 2013, 110, 7625-7630, doi: 10.1073/pnas.1305804110, PMCID: PMC3651452.
  7. Jensen, A.S.; День, E.S.; Ko, H.C.; Hurley, A.L.; Luciano, P.J.; Kouri, F.M.; Merkel, J.T.; Luthi, J.A.; Patel, C.P.; Cutler, J.I.; Даниель, L.W.; Скотт, W.A.; Rotz, W.M.; Meade, J.T.; Giljohann, A.D.; Mirkin, A.C.; Stegh, H. «Сферически Конъюгаты A. Nanoparticle Нуклеиновой Кислоты как RNAi-Основанная Терапия для Glioblastoma,» Med TRANS. Науки., 2013, 5, 209ra152, doi: 10.1126/scitranslmed.3006839, PMCID: PMC4017940.
  8. Каток, J.S.; McMahon, K.M.; Zhang, X.; Chen, X.; Mirkin, A.C.; Thaxton, C.S.; Kaufman; B. «Knockdown D. Intra-Островка IKKβ Сферически Конъюгатами Нуклеиновой Кислоты Предотвращает Cytokine-Наведенный Ушиб и Увеличивает Выживание Прививка,» Трансплантация, 2013, 96, 877-884, doi: 10.1097/TR.0b013e3182a4190e, PMCID: PMC3839058.
  9. Вальтер, R.S.; Детеныши, L.K.; Голландия, G.J.; Gieseck, L.R.; Mirkin, A.C.; Geiger, F.M. «Подсчитывая Число Ионов Магния Прыгнутых к Поверхност-Лишенным подвижности Олигонуклеотидам Thymine Которые Состоят Из Сферически Нуклеиновых Кислот,» J. Am. Chem. SOC., 2013, 135, 17339-17348, doi: 10.1021/ja406551k.
  10. Alhasan, H.A.; Patel, P.C.; Choi, J.H.C.; Mirkin, C.A. «Exosome Упаковало Сферически Конъюгаты Nanoparticle Золота Нуклеиновой Кислоты как Мощные Агенты MicroRNA Регулированные,» Мало, 2014, 10, 186-192, doi: 10.1002/smll.201302143, PMCID: PMC3947239.
  11. Mirkin, A.C.; Stegh, H. «Сферически Нуклеиновые Кислоты A. для Медицины Точности,» Oncotarget, 2014, 5, 9-10, PMCID:  PMC3960185
  12. Wu, A.X.; Choi, J.H.C.; Zhang, C.; Hao, L.; Mirkin, A. «Внутриклеточная Судьба C. Сферически Конъюгатов Nanoparticle Нуклеиновой Кислоты,» J. Am. Chem. SOC., 2014, 136, 7726-7733, doi: 10.1021/ja503010a, PMCID: PMC4046773.
  13. Румян, L.J.; Hao, L.; Wu, A.X.; Briley, W.E.; Mirkin, A. «Сферически Нуклеиновые Кислоты C. как Дивергентная Платформа для Синтезировать Конъюгаты Рибонуклеинов-Nanoparticle Через Ферментационную Перешнуровку,» ACS Nano, 2014, 8, 8837-8843, doi: 10.1021/nn503601s, PMCID: PMC4174098.
  14. Banga, J.R.; Chernyak, N.; Narayan, P.S.; Nguyen, S.T.; Mirkin, A. «Liposomal Сферически Нуклеиновые Кислоты C.,» J. Am. Chem. SOC., 2014, 136, 9866-9869, doi: 10.1021/ja504845f, PMCID: PMC4280063, PMCID: PMC4280063.
  15. Chinen, B.A.; Guan, C.M.; Mirkin, A. «Сферически Конъюгаты C. Nanoparticle Нуклеиновой Кислоты Увеличивает G-Квадруплексное Образование и Увеличивает Взаимодействия Протеина Сыворотки,» Angew Chem., 2014, 54, 527-531, doi: 10.1002/anie.201409211, PMCID: PMC4314381.
  16. Radovic-Moreno, F.A.; Chernyak, N.; Mader, C.C.; Nallagatla, S.; Kang, R.; Hao, L.; Ходок, A.D.; Венчик, L.T.; Merkel, J.T.; Rische, C.; Ananatatmula, S.; Burkhart, M.; Mirkin, A.C.; Gryaznov, S.M. «Immunomodulatory Сферически Нуклеиновые Кислоты,» Proc. Национально. Aca. Sci, 2015, 112, 3892-3897, doi: 10.1073/pnas.1502850112, PMCID: PMC4386353.
  17. Narayan, P.S.; Choi, J.H.C.; Hao, L.; Calabrese, C.M.; Auyeung, E.; Zhang, C. Goor, G.M.O.J.; Mirkin, A.C. «Последовательност-Специфическое Клетчатое Понимание Сферически Конъюгатов Nanoparticle Нуклеиновой Кислоты,» Мало, 2015, 11, 4173-4182, doi: 10.1002/smll.2015100027, PMCID: PMC4560454.
  18. Zhang, C.; Hao, L.; Calabrese, C.M.; Zhou, Y.; Choi, J.H.C.; Xing, H.; Mirkin, A. «Biodegradable Кислоты C. Сополимера Блока Дна-щетки Сферически Нуклеиновые Включает Регулировку Джина Transfection Агент-Свободную Внутриклеточную,» Мало, 2015, doi 10.1002/smll.201501573.
  19. Randeria, P.S.; Джонс, R.M.; Kohlstedt, L.K.; Banga, J.R.; Olvera de Ла Cruz, M.; Schatz, C.G.; Mirkin, A.C. «Какое Управление Термодинамика Гибридизации Сферически Нуклеиновых Кислот?» JACS, 2015, 137, 3486-3489, doi: 10.1021/jacs.5b00670.
  20. Randeria, P.S.; Seeger, A.M.; Wang, Q.X.; Уилсон, H.; Корабль, D.; Mirkin, A.C.; Paller, A.S. «siRNA-основало Сферически Рану Нуклеиновых Кислот Поврежденную Обратным Излечивая в Диабетических Мышах Knockdown Synthase GM3,» PNAS, 2015, 112, 5573-5578, doi: 10.1073/pnas.1505951112, PMCID: PMC4426446.
  21. Румян, L.J.; Sita, L.T.; Hao, L.; Kouri, F.M.; Briley, W.E.; Stegh, H.A.; Mirkin, A. «Ribozyme-Сферически Нуклеиновые Кислоты C.,» JACS, 2015, 137, 10528-10531, doi: 10.1021/jacs.5b07104.
  22. Barnaby, N.S.; Perelman, A.G.; Kohlstedt, L.K.; Chinen, B.A.; Schatz, C.G.; Mirkin, Химия Bioconjugate Сферически Нуклеиновых Кислот РИБОНУКЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЫ A.C. « (SNAs)Конструктивные Соображения для», 2016, 27, 2124-2131, doi: 10.1021/acs.bioconjchem.6b00350, PMCID: PMC5034328.
  23. Wang, X.; Hao, L.; Bu, H. - F.; W.A. Скотта; K. Tian; Liu, F.; DePlaen, G.I.; Liu, Y.; Mirkin, A.C.; Tan, X. - D. «Сферически Нуклеиновая Кислота Пристреливая MicroRNA-99b Увеличивает Кишечное Выражение MFG-E8 Джина и Восстанавливает Переселение Enterocyte в Lipopolysacchardie-Наведенных Септических Мышах,» Научные Рапорты, 2016, 6, doi 31687: 10.1038/srep31687.
  24. Sprangers, J.A.; Hao, L.; Banga, J.R.; Mirkin, A. «Liposomal Сферически Нуклеиновые Кислоты C. для Регулировать Длиннее Noncoding RNAs в Ядре,» Мало, 2017, doi: 10.1002/smll.201602753.

О Др. Чэд MirkinЧэд A. Mirkin

Др. Чэд A. Mirkin Директор Международного Института для Нанотехнологии и Prof. Джордж B. Rathmann Химии, Химического и Биологического Инджиниринга, Биомедицинского Инджиниринга, Науки Материалов & Инджиниринга, и Медицины на Северо-Западный Университете.

Он химик и мир-известный специалист nanoscience, который знан для его открытия и развития сферически нуклеиновых кислот (SNAs) и SNA-основанного biodetection и терапевтических схем, Погружение-Ручки Nanolithography (DPN) и отнесенных консольн-свободных nanopatterning методологий, Литографирования На-Провода (OWL), и Коаксиального Литографирования (УГЛЯ), и вклады к supramolecular синтезу химии и nanoparticle.

Он автор над 670 рукописей и над 1.000 заявками на патент всемирно (выданное 290), и он основатель множественных компаний, включая Nanosphere, AuraSense, и Exicure, которые commercializing применения нанотехнологии в науках о жизни и биомедицине.

Mirkin с над 100 национальным и международными наградами, включая Приз 2016 Дэн Дэвида и инаугурационный Приз Sackler в Исследовании Схождения. Он был членом Совета Президента Советников на Науке & Технологии (Администрации Obama), и одним очень немногих научных работников, котор нужно избрать к всем 3 Академиям Соотечественника США. Он также Собрат Американской Академии Искусств и Наук и Национальной Академии Изобретателей, среди других.

Mirkin служило на Редакционных Консультативных Комитетах над 20 научных журналов, включая JACS, Angew. Chem., и Adv. Mater.; в настоящее время, он Член Редакционной Коллегии JACS. Он основывая редактор журнала Малого, и он co-редактировал множественные bestselling книги.

Mirkin держит степень B.S. от Dickinson Коллежа (1986, избрано в Каппа Phi Бета) и степень Ph.D. от Penn. UNIV. Положения (1989). Он был Собратом NSF Postdoctoral на MIT до быть профессором на Северозападном UNIV. в 1991.