Usando los ácidos nucléicos esféricos para seguir su trayectoria y para tratar enfermedad

Thought LeadersDr. Chad MirkinDirectorInternational Institute for Nanotechnology

Una entrevista con el Dr. República Eo Tchad Mirkin, Universidad Northwestern, conducto en abril Cashin-Garbutt, MA (Cantab)

(SNAs)¿Cuáles son ácidos nucléicos esféricos? ¿Qué consisten en y cómo ellos difieren de los ácidos nucléicos lineales?

Los ácidos nucléicos Esféricos son las estructuras que son hechas tomando un modelo del nanoparticle y usando química para arreglar hilos cortos de la DNA o del ARN en la superficie de esas partículas. La base esférica del nanoparticle crea una ordenación esférica de la DNA o del ARN, similar a las pequeñas bolas minúsculas de ácidos nucléicos.

Aunque las series pueden ser idénticas, las propiedades de ácidos nucléicos esféricos son muy diferentes de los ácidos nucléicos lineales. Por ejemplo, DNA del lazo de SNAs o ARN complementaria mucho más apretado que los ácidos nucléicos lineales.

Esto significa que en el contexto de la detección y del uso de SNAs como antenas del diagnóstico, usted puede utilizar una concentración más inferior de una meta del ácido nucléico, por ejemplo, asociada a una enfermedad dada. Y Por Eso, éstas se han convertido en la base para la alta sensibilidad y también antenas muy altas de la selectividad, en herramientas diagnósticas moleculares.

¿Cómo se puede SNAs utilizar para la detección de infecciones?

hay una tecnología llamada el sistema que fue comercializado por Nanosphere, una compañía de Verigene que había comenzado, que entonces fue vendido a Luminex. El sistema de Verigene se utiliza para clasificación las firmas asociadas a la enfermedad, enfermedad infecciosa particularmente, y en las concentraciones muy inferiores, significando en las puntas muy tempranas del tiempo, medir la presencia de una infección determinada. Por ejemplo, en sangre.

Esto es importante porque puede entonces ser utilizada, por ejemplo, para diagnosticar a pacientes con sepsia, donde está realmente importante el poder diagnosticar muy temprano porque para cada hora que un paciente va undiagnosed y no tratado, la ocasión de la mortalidad aumenta substancialmente.

La Tecnología como esto está cambiando la manera que se realizan los diagnósticos moleculares. Es una herramienta diagnóstica médica del punta-de-cuidado muy simple y rápido que permite la detección de la manera de las infecciones bacterianas antes de pruebas convencionales. No es necesario pasar con el proceso de cultivar la muestra, que tarda una época larga y, por lo tanto, aumenta riesgo paciente.

Tan final, usted tiene una herramienta que sea mejor para el paciente porque usted consigue una diagnosis exacta anterior y mejor para el doctor, porque el doctor no está prescribiendo innecesario muchos antibióticos innecesarios, perdiendo el dinero, y contribuyendo a la resistencia antibiótico. En Lugar la herramienta se puede utilizar para imaginar quién tiene una infección bacteriana y quién no lo hace;  el tratamiento apropiado con dimensiones efectivas entonces puede ser tomado.

¿Qué la síntesis de la SNA implica?

En el caso de desarrollar una escritura de la etiqueta biológica, un nanoparticle del oro se utiliza para el modelo, y la SNA es hecha trayendo el modelo en contacto con los hilos cortos de la DNA que se pueden químicamente asegurar a él. En el caso del oro, los grupos que aseguran son tioles.

Hemos desarrollado un proceso que permite que usted cargue la DNA o el ARN en la superficie de una partícula a los fragmentos muy altos. La razón que es importante es que fuerza la orientación y da a configuración amba su dimensión de una variable esférica y también las propiedades que he estado mencionando.

Nanoparticles del Oro producidos por la ablación del laser en agua pesada. La barra de la Escala denota veinte nanómetros (20 el nanómetro)

¿Puede usted contornear por favor su charla próxima en Pittcon 2017 en el ` Nano-Activado las Herramientas In vitro y In vivo Diagnósticas para Seguir Su Trayectoria y Tratar Enfermedad'? ¿Qué pruebas biológicas usted enfocará conectado?

En Pittcon me centraré en dos diversos tipos de pruebas biológicas:

  • Unos basados sobre el sistema de Verigene
  • Una nueva tecnología que permite que una mida el ácido nucléico intracelular apunta -- mRNA

Ambas tecnologías se basan en SNAs, que son las estructuras que pueden incorporar una célula viva, lazo a una meta determinada, en este caso una meta del mRNA, y sacan o liberan una entidad fluorófora de la transmisión de señales que encienda hacia arriba la célula.

Esto permite que usted entonces mida por primera vez, el contenido genético de células vivas. Además de medir el contenido genético, las células se pueden distinguir basaron en niveles de la expresión del mRNA. La ubicación del ARN dentro de la célula puede también ser medida, que es especialmente emocionante porque nadie ha podido nunca hacer eso en células vivas hasta ahora.

Esto es especialmente interesante porque cuando está acoplado con una tecnología tenga gusto del cytometry de flujo, usted pueden clasificación las células basadas sobre diferencias genéticas. El Millipore es una compañía que ha comercializado esta tecnología y ha producido muchas variaciones de estos tipos de configuraciones, de modo que los investigadores puedan comenzar a observar, por ejemplo, para las poblaciones raras de la célula y a escoger las células de circulación del tumor, en presencia de las células sanas.

Ésta se convierte en una manera de estudiar las células y el número de ellos. También permite que usted los aísle de modo que usted pueda estudiarlos después del hecho. Usted puede tirar de ellos lejos de poblaciones de la célula de la mayoría, cultivarlas, y utilizarlas para entender los orígenes de diferencias genéticas. Por ejemplo, el observar cómo las células de un enfermo de cáncer responden a diversos tipos de terapéutica.

Esto es un paso de progresión importante hacia remedio personalizado y el aumento de nuestras capacidades en cuanto a sondar sistemas celulares. Es también potencialmente útil para la alta investigación de la droga de la producción, donde usted puede observar cómo diversos tipos de molécula de la droga activan o suprimen diversos tipos de genes. Usted puede conseguir una lectura visual en este caso, sobre la base del uso de esta tecnología, nosotros se refiere como tecnología de la nano-flama. El Millipore ha comercializado un formulario de nanoflares que se refieren como Smart-flamas.

¿Cuál será el enfoque de su segunda charla en Pittcon 2017, Ácidos Nucléicos Esféricos del ` como Agentes Potentes de Immunomodulation para la Terapia del Cáncer'?

Las estructuras de la SNA también representan la base para una nueva clase entera de la terapéutica del ácido nucléico. Hay tres arterias centrales de revelado de la droga:

  • Pequeñas moléculas

Las Ventajas son bien sabido, aspirin que es un gran ejemplo.

  • Biologics

Siete de las diez drogas superiores se basan sobre biologics; éstos son anticuerpos, configuraciones a base de proteínas. Tienen muchas ventajas y capacidades que vayan más allá de lo que ofrecen las pequeñas moléculas.

  • Remedio del ácido Nucléico

Los recortes Aquí cortos de la DNA o del ARN se utilizan para tratar enfermedad y para atacarla en sus raíces genéticas.

Las drogas Antisentido se basan sobre la DNA y se utilizan para remojar hacia arriba el mRNA en células y para parar la traslación de ese ARN y la producción de proteínas que asociemos a enfermedad. La idea detrás de antisentido es que usted puede regular las células de una persona y convertir una célula malsana en una célula sana golpeando hacia abajo la producción de un tipo específico de proteína.

Entonces vino adelante la tecnología del siRNA - un concepto similar en el sentido que usted está golpeando hacia abajo la producción de tipos específicos de proteínas, pero vía diversos caminos. La idea de desarrollar el remedio genético es realmente el concepto de un tipo de remedio digital, donde en vez de usted necesite cada vez una nueva droga que usted no busca una nueva pequeña molécula, usted cambia la serie de la DNA o del ARN que es utilizado basado sobre una comprensión de caminos biológicos.

De un punto de vista conceptual, éstas eran tecnologías realmente potentes. Llevaron al revelado de muchas aproximaciones comerciales pero han tenido éxito limitado. La razón que es, realizar verdad el remedio digital usted necesita cosas múltiples en juego. Uno es usted tiene que poder sintetizar la DNA y el ARN, y dos, usted tiene que poder entender caminos.

Estas dos ediciones ahora se han vencido; sabemos cómo sintetizar la DNA y el ARN, y los gracias al proyecto del genoma humano, también sabemos mucho sobre los caminos de la enfermedad y atacar diversos tipos de caminos para tratar enfermedad. Pero el tercero, y quizás la mayoría del requisito importante, es la capacidad de llegar la DNA o el ARN al sitio que importa. Y aquí es donde han faltado la mayoría de las tentativas.

Aquí es donde están muy importantes los ácidos nucléicos esféricos. Las estructuras de la SNA, que tienen equivalente no natural, pueden obrar recíprocamente con los sistemas naturales totalmente diferentemente de la DNA y del ARN nativos de los cuales se derivan. Casi cada célula pulsa hacia adentro su cuerpo, con excepción de los glóbulos rojos maduros, reconoce SNAs y los interna rápidamente sin la necesidad de agentes de la transfección.

Esto es determinado interesante porque, por ejemplo, poner la DNA normal o el ARN hacia adentro bate y ponerlos en su piel no harán que van en sus células epiteliales; pero con los ácidos nucléicos esféricos los cogerán rápidamente. Este descubrimiento por lo tanto abre la capacidad de crear el remedio tópico, el remedio local, que permite que usted trate muchas enfermedades.

Y hemos estado observando tan esta capacidad en términos de desarrollar nuevos tipos de tratamientos para la enfermedad de la piel.  Hay sobre 200 enfermedades con una base genética sabida. Uno puede comenzar a pensar en crear la terapéutica para el aro, el oído, el pulmón, el diafragma, y el colon vía aproximaciones similares.

Las propiedades fundamentales de SNAs hacen los ácidos nucléicos relevantes para tratar una amplia gama de dolencias no direccionables con los ácidos nucléicos convencionales. Las primeras construcciones de la SNA están en las juicios humanas para tratar psoriasis.

¿Cómo se podía SNAs utilizar en vacunas del cáncer?

Otra aplicación que hemos estado investigando es el uso de estructuras como reguladores potentes del sistema inmune. SNAs incorporará las células inmunes, células dendríticas, y si la serie está correcta, activarán peaje-como receptores, de modo que usted pueda tomar un animal, o un paciente en principio, y activan selectivamente su sistema inmune.

Esto permite la creación de nuevos formularios de vacunas, por ejemplo, donde usted puede entrenar al cuerpo de una persona para luchar un tipo específico de cáncer. El es qué está suceso ahora, nosotros tenemos una serie entera de candidatos de la droga basados sobre esta aproximación, y hablaré sobre todo sobre cáncer de próstata en Pittcon.

En principio las vacunas como esto podían ser desarrolladas para tratar muchos diversos tipos de cánceres, incluyendo el cáncer del cerebro, del diafragma, del colon, y del melanoma.

¿En Qué escenario del revelado están las vacunas del cáncer de la SNA actualmente y qué obstáculos todavía necesitan ser vencidos?

El trabajo vaccíneo del cáncer es apenas alrededor entrar juicios clínicas humanas este año. La tecnología se ha revisado extensivamente en animales y se ha demostrado ser segura, por ejemplo, en primates.

Las juicios humanas son extremadamente importantes. Con una vacuna del cáncer, usted está modulando el sistema inmune de una persona y hay un riesgo de crear reacciones autoinmunes.

¿Cuáles son los pasos de progresión siguientes en su investigación?

Para mí, es todo sobre la comprensión de qué hace estas estructuras tan especiales y continuando entender cómo podemos construir diversos formularios de ácidos nucléicos esféricos, y utiliza las propiedades únicas de ellas para resolver problemas graves en remedio y otros campos de investigación.

¿Sabemos actualmente porqué se internan los ácidos nucléicos esféricos o somos investigación adicional necesaria para entender completo esto?

En el momento que, creemos que son reconocidos por qué se llaman los receptores del limpiador; éstas son estructuras comunes a muchos tipos de la célula, y se utilizan para mover el cargamento dentro y fuera de las células.

También se han mostrado para reconocer y para atar a los ácidos nucléicos esféricos mucho más apretado que los ácidos nucléicos lineales, y tenemos tan efectivo, en parte accidentalmente, descubierto y diseñado una configuración que sea reconocida por la maquinaria biológica natural, los receptores del limpiador que llevan a su internalización en una célula.

Hay varios papeles que exploran esto para diversos tipos de las células, y toda nuestra investigación hasta el momento es constante con esa conclusión.

¿Cuáles son usted que mira hacia adelante a Pittcon 2017?

Es honesto un lugar realmente emocionante para cualquiera interesada en química analítica, la nueva instrumentación, o nuevas técnicas asociadas a esa instrumentación, y por eso, disfruto determinado de las negociaciones de la frontera. Pero por supuesto, también gozo del pasillo de la expo y de ver toda la nueva tecnología en la visualización.

Qué Pittcon Puede hacer para Usted de AZoNetwork en Vimeo.

¿Dónde pueden los programas de lectura encontrar más información?

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Sobre el Dr. República Eo Tchad MirkinRepública Eo Tchad A. Mirkin

El Dr. República Eo Tchad A. Mirkin es el Director del Instituto Internacional para la Nanotecnología y el Profesor de George B. Rathmann de la Química, Ingeniería Química y Biológica, Ingeniería Biomédica, la Ciencia y la Ingeniería Material, y Remedio en la Universidad Northwestern.

Él es químico y un experto mundo-renombrado del nanoscience, que se sabe para su descubrimiento y revelado de ácidos nucléicos esféricos (SNAs) y biodetection SNA-basado y los esquemas terapéuticos, Declive-Pluma Nanolithography (DPN) y las metodologías nanopatterning voladizo-libres relacionadas, Litografía del En-Cable (OWL), y Litografía Coaxial (CARBÓN), y contribuciones a la síntesis supramolecular de la química y del nanoparticle.

Él es el autor sobre de 670 manuscritos y sobre 1.000 solicitudes de patente por todo el mundo (290 publicados), y él es el fundador de las compañías múltiples, incluyendo Nanosphere, AuraSense, y Exicure, que están comercializando aplicaciones de la nanotecnología en las ciencias de la vida y la biomedecina.

Mirkin se ha reconocido con sobre 100 nacionales y recompensas internacionales, incluyendo el Premio 2016 de Dan David y el Premio inaugural de Sackler en la Investigación de la Convergencia. Él era una pieza de Council del Presidente de Consejeros en la Ciencia y la Tecnología (la Administración de Obama), y uno muy de pocos científicos que se elegirán a las tres Academias del Nacional de los E.E.U.U. Él es también una Persona de la Academia Americana de Artes y de Ciencias y de la Academia Nacional de Inventores, entre otros.

Mirkin ha servido en los Comités Consultivos Editoriales sobre de 20 gorrones eruditos, incluyendo JACS, Angew. Quím., y Adv. Mater.; actualmente, él es Editor Asociado de JACS. Él es el editor de fundación del gorrón Pequeño, y él co-ha corregido los best sellers múltiples.

Mirkin lleva a cabo un grado de B.S. de Dickinson College (1986, elegido en la Phi Kappa Beta) y un grado del Ph.D. del Penn. Estado Univ. (1989). Él era un Becario Postdoctoral del NSF en el MIT antes de hacer profesor en Univ Del Noroeste. en 1991.