Använda sfäriska nucleic syror för att spåra och festsjukdomen

Thought LeadersDr. Chad MirkinDirectorInternational Institute for Nanotechnology

En intervju med Dr. Tchad Mirkin, Nordvästlig Universitetar som föras vid April Cashin-Garbutt, MOR (Cantab)

Är Vad sfäriska nucleic syror (SNAs)? Vad består de av och hur dem skilja sig åt från linjära nucleic syror?

Sfäriska nucleic syror är strukturerar som göras, genom att ta en nanoparticlemall, och genom att använda kemi för att ordna kort strandar av DNA eller RNA på ytbehandla av de partiklar. Det sfäriskt kärnar ur av nanoparticlen skapar en sfärisk ordning av DNA, eller RNA som är liknande till mycket litet klumpa ihop sig lite, av nucleic syror.

Även om ordnar kan vara identiskt, rekvisitan av sfäriska nucleic syror är mycket olikt från linjära nucleic syror. Till exempel kompletterande DNA för SNAs röra eller RNA mycket strammare än linjära nucleic syror.

Detta uppsätta som mål hjälpmedlet, som i sammanhanget av upptäckt och bruket av SNAs som diagnostiksonder, dig kan använda en lägre koncentration av en nucleic syra, till exempel, tillhörande med en given sjukdom. Och så, har dessa blivit basen för kickkänslighet, och också mycket bearbetar kickselectivitysonder, i molekylär diagnostik.

Hur kan SNAs användas för upptäckten av infektioner?

det finns en teknologi som kallas det Verigene systemet, som kommersialiserades av Nanosphere, ett företag som Jag hade startat, som såldes därefter till Luminex. Det Verigene systemet är van vid sorterar häften som är tillhörande med sjukdomen, smittsam sjukdom i synnerhet, och på mycket låga koncentrationer som är menande på tidig sorttid, pekar mycket, för att mäta närvaroen av en särskild infektion. Till exempel i blod.

Detta är viktigt, därför att den kan därefter användas, till exempel, för att diagnostisera tålmodig med sepsis, var att vara kompetent att diagnostisera mycket tidig sort är egentligen viktigt därför att för varje timme, som en tålmodig går undiagnosed och untreated, riskera av dödlighetförhöjningar väsentligen.

Teknologinågot liknande som denna ändrar den långt molekylära diagnostiken, bärs ut. Den är ett mycket enkelt, och forpeka-av-omsorg bearbetar medicinsk diagnostik som låter för upptäckten av bakterie- infektioner långt, för konventionellt, testar. Det är inte nödvändigt att gå till och med det processaa av att odla ta prov, som tar tålmodiga en lång tid och, därför förhöjningar riskera.

Så ultimately, har du en bearbeta som är bättre för den tålmodig, därför att du får en exakt diagnos tidigare och bättre för manipulera, därför att manipulera inte ordinerar needlessly en radda onödiga antibiotikummar, täras pengar och bidrar till antibiotiskt motstånd. I stället kan bearbeta vara van vid figurerar ut vem har en bakterie- infektion och vem inte gör;  anslåbehandlingen med effektivt mäter därefter kan tas.

Vad gäller SNA-syntes?

I fallet av framkallning av en biologisk etikett, används en guld- nanoparticle för mallen, och SNAEN göras, genom att komma med mallen i kontakt med kort stavelse, strandar av DNA som kan chemically ankras till den. I fallet av guld- är de ankra grupperna thiols.

Vi har framkallat ett processaa att låter dig ladda DNAEN eller RNAEN på ytbehandla av en partikel till mycket kickgrader. Resonera, som är viktig, är, att den tvingar riktningen och ger arkitekturen som båda dess sfäriskt formar, och också rekvisitan som Jag har nämnt.

Guld- nanoparticles som produceras av laser-ablation i skurkroll, bevattnar. Fjäll bommar för betecknar tjugo nanometers (20 nm)

Kan du behaga skisserar ditt kommande samtal på Pittcon 2017 på ` som In vitro och In Nano-Möjliggöras - Bearbetar vivo Diagnostik för att Spåra och Behandling av Sjukdomen'? Ska Vilka bioassays dig fokuserar på?

På Pittcon som Jag ska, fokuserar på två olika typer av bioassays:

  • som baseras på det Verigene systemet
  • En ny teknik, som låter en mäta intra-cell- nucleic syra, uppsätta som mål -- mRNA

Båda teknologier baseras på SNAs, som är strukturerar det kan skriva in en levande cell, uppsätta som mål röran till en detalj, i detta fall uppsätta som mål elicit befriar en mRNA, och eller en fluorophore signalerandeenhet som tänder upp cellen.

Detta låter dig därefter mäta för den första tiden, det genetiskt tillfredsställer av levande celler. Förutom att mäta det genetiska nöjt, kan celler vara åtskilt baserat på mRNA-uttryck jämnar. Läget av RNAEN inom cellen kan också mätas, som är speciellt spännande, därför att ingen har någonsin varit kompetent att göra det i levande celler för nu.

Detta är speciellt intressant, därför att, när du kopplas ihop med en cytometry för teknologinågot liknandeflöde, du är kompetent att sortera celler som baseras på genetiska skillnader. Milliporen är ett företag som har kommersialiserat denna teknologi och har producerat många variationer av dessa typer av arkitekturer, så att forskare kan börja att se, till exempel, för sällsynta cellbefolkningar och hackan som cirkulerar ut tumorceller, i närvaroen av sunda celler.

Detta blir a långt av att studera cellerna och numrera av dem. Det låter också dig till isolaten dem, så att du kan studien dem efter faktumet. Du kan handtag dem i väg från majoritetscellbefolkningar, att odla dem och att använda dem för att förstå beskärningarna av genetiska skillnader. Till exempel se hur en cancertålmodigs celler reagerar till olika typer av terapi.

Denna är en ha som huvudämne kliver in mot personifierad medicin och ökande våra kapaciteter med hänsyn till att sondera cell- system. Den är också potentiellt användbar för kickgenomgångsdrogen som avskärmer, var du kan se hur olika typer av drogmolekylen aktiverar eller dämpar olika typer av gener. Du kan få en visuellt hjälpmedelreadout i detta fall som är baserat på bruket av denna teknologi, oss ser till som nano-signalljuset teknologi. Milliporen har kommersialiserat en bilda av nanoflares som de ser till som smart-signalljus.

Ska Vad är fokusera av ditt understöder samtal på Pittcon 2017, Sfäriska Nucleic Syror för ` som Potent Immunomodulation Medel för CancerTerapi'?

SNA strukturerar föreställer också basen för ett helt nytt klassificerar av nucleic syrlig terapi. Det finns tre centralartärer av drogutveckling:

  • Lilla molekylar

Benefits är välkänd, huvudvärkstabletten som den är ett stort exempel.

  • Biologics

Sju av de bästa tio drogerna baseras på biologics; dessa är antikroppar, protein-baserade arkitekturer. De har fördelar och kapaciteter för en radda som går det okända vilka små molekylar erbjuder.

  • Nucleic syrliga mediciner

Här kort snippets av DNA eller RNA är den van vid festsjukdomen och anfaller den på dess genetiskt rotar.

Antisense droger baseras på DNA och är den van vid blötningen upp mRNA i celler och stoppar översättning av den RNA och produktion av proteiner som oss bundsförvanten med sjukdomen. Idén bak antisense är att du kan reglera en persons celler och att konvertera en sjuklig cell in i en sund cell, genom att knacka besegra produktionen av en specifik typ av protein.

Along Därefter kom siRNAteknologi - ett liknande begrepp i avkänningen, som du knackar, besegrar produktionen av specifika typer av proteiner, men via olika banor. Idén av att framkalla den genetiska medicinen är egentligen begreppet av en typ av den digitala medicinen, var i stället för varje tid du behöver en ny drog som, du inte söker efter en ny liten molekyl, ändrar du ordna av DNA eller RNA som är använt baserat på en överenskommelse av biologiska banor.

Från en begreppsmässig ståndpunkt var dessa egentligen kraftiga teknologier. De ledde till utvecklingen av många reklamfilmen att närma sig men har haft inskränkt framgång. Resonera som den är, riktigt att realisera den digitala medicinen behöver du, multipelsaker i lek. En är dig måste att vara kompetent att synthesize DNA och RNA, och två, måste du att vara kompetent att förstå banor.

Dessa två utfärdar har nu varit betagna; vi vet hur man synthesize DNA och RNA, och tack till människagenom projekterar, vet vi också ett lott om banorna av sjukdomen och hur man anfaller olika typer av banor till festsjukdomen. Men thirden och kanske mest viktigt krav, är kapaciteten att få DNAEN eller RNAEN till platsen som betyder. Och det är var mest försök har den stupade kort stavelse.

Detta är var sfäriska nucleic syror är mycket viktiga. SNA strukturerar, som har ingen naturlig motsvarighet, kan påverka varandra med naturliga system fullständigt olikt från infödingDNAEN och RNAEN som de härledas från. Nästan varje celltyp i ditt förkroppsligar, annat än mognar röda blodceller, känner igen SNAs och internaliserar snabbt dem utan behovet för transfectionmedel.

Detta är bestämt intressant, därför att, till exempel och att sätta det normalaDNA eller RNA i krämar och sätta dem på ditt flå ska för att inte göra dem att gå in i ditt flår celler; men med sfäriska nucleic syror som de ska ta snabbt, upp dem. Denna upptäckt öppnar därför upp kapaciteten att skapa aktuella mediciner, lokalmediciner, som låter dig till fest sjukdomar för en radda.

Och så har vi sett denna kapacitet benämner in av framkallning av nya typer av behandlingar för flår sjukdomen.  Det finns över 200 sjukdomar med en bekant genetisk bas. En kan börja till funderare om att skapa terapi för syna, gå i ax, lungen, blåsa, och kolonet via liknande att närma sig.

Grundrekvisitan av SNAs gör nucleic syror relevant för behandling av en lång räcka av läkarundersökningen villkorar inte adresserbart med konventionella nucleic syror. De första SNA-tankeskapelserna är i människaförsök för behandling av psoriasis.

Hur kunde SNAs användas i cancervaccin?

En Annan applikation som vi har forskat, är bruket av strukturerar som potent regulatorer av immunförsvaret. SNAs ska skriver in immuna celler, dendritic celler, och, om ordna är korrekt, ska de aktiverar avgift-något liknande receptors, så att du kan ta ett djur, eller en tålmodig i princip och aktiverar selektivt deras immunförsvar.

Detta låter för skapelsen av nytt bildar av vaccin, till exempel var du kan utbilda en person, förkroppsliga för att slåss en specifik typ av cancer. Detta är vad händer rätt nu, oss har en hel serie av drogkandidater som baseras på denna för att att närma sig, och Jag ska talar i första hand om prostatacancer på Pittcon.

I principvaccinnågot liknande kunde detta framkallas till fest många olika typer av cancer, inklusive cancer av hjärnan, blåsan, kolonet och melanom.

Vad arrangera av utveckling är SNA-cancervaccin för närvarande på, och stillar vilka häckar behov att vara betagna?

Det vaccineraa arbetet för cancer ska precis just att gå in i kliniska försök för människa detta år. Teknologin har omfattande vetted i djur och har bevisats att vara kassaskåpet, till exempel, i primat.

Människaförsöken är extremt viktiga. Med ett cancervaccin modulerar du en persons immunförsvar, och det finns en riskera av att skapa autoimmune svar.

Är Vad det nästa kliver i din forskning?

För mig är det all om överenskommelse vad gör dessa strukturerar så specialt och att fortsätta för att förstå, hur vi kan bygga olikt bildar av sfäriska nucleic syror och använder den unika rekvisitan av dem för att lösa ha som huvudämne problem i medicin och andra områden av forskning.

Vet vi för närvarande, därför de sfäriska nucleic syrorna internaliseras, eller är mer ytterligare forskning nödvändiga som fullständigt förstår detta?

På ögonblicket tror vi att de känns igen av vad kallas scavengerreceptors; dessa är strukturerar vanligt till många celltyper, och de är van vid flyttninglast i och ut ur celler.

De har också visats för att känna igen och röran till sfäriska nucleic syror mycket strammare än linjära nucleic syror, och så effektivt har vi, i delen vid olyckan som upptäcks och planläggs en arkitektur, som känns igen av naturligt biologiskt maskineri, scavengerreceptors som leder till deras internalisering in i en cell.

Det finns flera legitimationshandlingar som undersöker denna för olika celltyper, och all vår forskning thus är långt jämn med den avslutning.

Är Vad dig som framåtriktat ser till på Pittcon 2017?

Det är honestly en egentligen spännande venue för vem som helst som intresseras i analytisk kemi, ny instrumentation eller nya tekniker som är tillhörande med den instrumentation, och så, tycker om Jag bestämt gränssamtalen. Men naturligtvis, tycker om Jag också expokorridoren och att se alla ny teknik på skärm.

Vilken Pittcon Kan göra för Dig från AZoNetworkVimeo.

Var kan avläsare finna mer information?

  1. Knivsmed J.I.; Auyeung E.; Mirkin C.A. ”Sfäriska Nucleic Syror,” J. Förmiddag. Chem. Soc., 2012, 134, 1376-1391, doi: 10.1021/ja209351u.
  2. Alhasan A.H.; Kim D.Y.; Daniel W.L.; Watson E.; Meeks J.J.; Thaxton C.S.; Mirkin att Profilera för Samling för microRNA för C.A. ”Scanometric (Scano-miR) av ProstataCancerMarkörer som Använder den Sfäriska Nucleic (SNA) Syra-Guld- Nanoparticlen, Konjugerar,” Analt. Chem., 2012, 84, 4153-4160, doi: 10.1021/ac3004055 PMCID; PMC3357313.
  3. Zheng D.; Giljohann D.A.; Chen D.L.; Massich M.D.; Wang X. - Q; Iordanov H.; Mirkin C.A.; Paller A.S. ”Aktuell Leverans av denbaserade Sfäriska Nucleic Syrliga Nanoparticlen Konjugerar för GenReglering,” Proc. Nationellt. Aca. Sci. USA 2012, 109, 11975-11980, doi: 10.1073/pnas.1118425109 PMCID: PMC3409786.
  4. Barn K.L; Scott A.W.; Hao L.; Mirkin S.E.; Liu G.; Mirkin C.A. ”Ihåliga Sfäriska Nucleic Syror för den Intracellular GenRegleringen som Baseras På den Biocompatible Silicaen, Beskjuter,” Nano Lett., 2012, 12, 3867-3871, doi: 10.1021/nl3020846 PMCID: PMC3397824.
  5. Zhang K.; Hao L.; Hurst S.J.; Mirkin C.A. ”Antikropp-Anknöt Sfäriska Nucleic Syror för Cell- Uppsätta som mål,” J. Förmiddag. Chem. Soc., 2012, 134, 16488-16491, doi: 10.1021/ja306854d PMCID: PMC3501255.
  6. Choi C.H.J.; Hao L.; Narayan S.P.; Auyeung E.; Mirkin C.A. ”Mekanismen för Endocytosisen av den Sfäriska Nucleic Syrliga Nanoparticlen Konjugerar,” Proc. Nationellt. Aca. Sci., 2013, 110, 7625-7630, doi: 10.1073/pnas.1305804110 PMCID: PMC3651452.
  7. Jensen S.A.; Dag E.S.; Ko C.H.; Hurley L.A.; Luciano J.P.; Kouri F.M.; Merkel T.J.; Luthi A.J.; Patel P.C.; Knivsmed J.I.; Daniel W.L.; Scott A.W.; Rotz M.W.; Meade T.J.; Giljohann D.A.; Mirkin C.A.; Stegh A.H. ”Sfärisk Nucleic Syrlig Nanoparticle Konjugerar som enBaserad Terapi för Glioblastoma,” VetenskapsTrans. Med., 2013, 5, 209ra152, doi: 10.1126/scitranslmed.3006839 PMCID: PMC4017940.
  8. Isbana J.S.; McMahon K.M.; Zhang X.; Chen X.; Mirkin C.A.; Thaxton C.S.; Kaufman; D.B. ”Introduktion av Intra-Holmen IKKβ vid Sfärisk Nucleic Syra Konjugerar Förhindrar Cytokine-Framkallad Skada och Förhöjer KnegÖverlevnad,” Transplantation, 2013, 96, 877-884, doi: 10.1097/TR.0b013e3182a4190e PMCID: PMC3839058.
  9. Walter S.R.; Barn K.L.; Holland J.G.; Gieseck R.L.; Mirkin C.A.; Geiger F.M. ”som Räknar Numrera av MagnesiumJoner, Begränsar till DeImmobilized ThymineOligonucleotidesna, Som Består Av Sfäriska Nucleic Syror,” J. Förmiddag. Chem. Soc., 2013, 135, 17339-17348, doi: 10.1021/ja406551k.
  10. Alhasan A.H.; Patel P.C.; Choi C.H.J.; Mirkin C.A. ”Exosome Inneslutade den Sfäriska Nucleic Syrliga Guld- Nanoparticlen Konjugerar som Potent MicroRNA RegleringsMedel,” Litet, 2014, 10, 186-192, doi: 10.1002/smll.201302143 PMCID: PMC3947239.
  11. Mirkin C.A.; Stegh A.H. ”Sfäriska Nucleic Syror för PrecisionMedicin,” Oncotarget, 2014, 5, 9-10, PMCID:  PMC3960185
  12. Wu X.A.; Choi C.H.J.; Zhang C.; Hao L.; Mirkin C.A. ”Intracellular Öde av den Sfäriska Nucleic Syrliga Nanoparticlen Konjugerar,” J. Förmiddag. Chem. Soc., 2014, 136, 7726-7733, doi: 10.1021/ja503010a PMCID: PMC4046773.
  13. Rouge J.L.; Hao L.; Wu X.A.; Briley W.E.; Mirkin C.A. ”Sfäriska Nucleic Syror som en Avvika Plattform för Synthesizing av RNA-Nanoparticlen Konjugerar Till Och Med Enzymatic Ligation,” Nano ACS, 2014, 8, 8837-8843, doi: 10.1021/nn503601s PMCID: PMC4174098.
  14. Banga R.J.; Chernyak N.; Narayan S.P.; Nguyen S.T.; Mirkin C.A. ”Liposomal Sfäriska Nucleic Syror,” J. Förmiddag. Chem. Soc., 2014, 136, 9866-9869, doi: 10.1021/ja504845f PMCID: PMC4280063 PMCID: PMC4280063.
  15. Chinen A.B.; Guan C.M.; Mirkin C.A. ”Sfärisk Nucleic Syrlig Nanoparticle Konjugerar Förhöjer G-Quadruplex Växelverkan för Bildande- och FörhöjningSerumProtein,” Angew Chem., 2014, 54, 527-531, doi: 10.1002/anie.201409211 PMCID: PMC4314381.
  16. Radovic-Moreno A.F.; Chernyak N.; Mader C.C.; Nallagatla S.; Kang R.; Hao L.; Fotgängare D.A.; Gloria T.L.; Merkel T.J.; Rische C.; Ananatatmula S.; Burkhart M.; Mirkin C.A.; Gryaznov S.M. ”Immunomodulatory Sfäriska Nucleic Syror,” Proc. Nationellt. Aca. Sci 2015, 112, 3892-3897, doi: 10.1073/pnas.1502850112 PMCID: PMC4386353.
  17. Narayan S.P.; Choi C.H.J.; Hao L.; Calabrese C.M.; Auyeung E.; Zhang C. Goor, O.J.G.M.; Mirkin C.A. ”som Ordna-Närmare detalj den Cell- Uptaken av den Sfäriska Nucleic Syrliga Nanoparticlen Konjugerar,” Litet, 2015, 11, 4173-4182, doi: 10.1002/smll.2015100027 PMCID: PMC4560454.
  18. Zhang C.; Hao L.; Calabrese C.M.; Zhou Y.; Choi C.H.J.; Xing H.; Mirkin Biodegradable C.A. ”DNA-borstar KvarterCopolymer som Sfäriska Nucleic Syror Möjliggör Medel-Fri Intracellular GenReglering för Transfection,” Litet, 2015, doien 10.1002/smll.201501573.
  19. Randeria P.S.; Jones M.R.; Kohlstedt K.L.; Banga R.J.; Olvera de la Cruz, M.; Schatz G.C.; Mirkin C.A. ”Vad Kontrollerar HybridizationThermodynamicsen av Sfäriska Nucleic Syror?”, JACS 2015, 137, 3486-3489, doi: 10.1021/jacs.5b00670.
  20. Randeria P.S.; Seeger M.A.; Wang X.Q.; Wilson H.; Ship D.; Mirkin C.A.; Paller A.S. ”siRNA-baserade Sfäriska Nucleic Syror Vänder om det Nedsatt Såret som Läker i Diabetiska Möss vid Introduktion för Synthase GM3,” PNAS, 2015, 112, 5573-5578, doi: 10.1073/pnas.1505951112 PMCID: PMC4426446.
  21. Rouge J.L.; Sita T.L.; Hao L.; Kouri F.M.; Briley W.E.; Stegh A.H.; Mirkin C.A. ”Ribozyme-Sfäriska Nucleic Syror,” JACS, 2015, 137, 10528-10531, doi: 10.1021/jacs.5b07104.
  22. Barnaby S.N.; Perelman G.A.; Kohlstedt K.L.; Chinen A.B.; Schatz G.C.; Mirkin Bioconjugate för för RNA för C.A. ”DesignÖverväganden för Sfäriska Nucleic (SNAs) Syror” Kemi, 2016, 27, 2124-2131, doi: 10.1021/acs.bioconjchem.6b00350 PMCID: PMC5034328.
  23. Wang X.; Hao L.; Bu H. - F.; Scott A.W.; Tian K.; Liu F.; DePlaen I.G.; Liu Y.; Mirkin C.A.; Solbränna X. - D. ”Sfärisk Nucleic Syra som Uppsätta som mål MicroRNA-99b, Förhöjer Inälvs- Uttryck för Gen MFG-E8 och ÅterställandeEnterocyte Flyttning i Lipopolysacchardie-Framkallade Septic Möss,”, Vetenskapliga Rapporter, 2016, 6, doi 31687: 10.1038/srep31687.
  24. Sprangers A.J.; Hao L.; Banga R.J.; Mirkin C.A. ”Liposomal Sfäriska Nucleic Syror för Reglering av Långa Noncoding RNAs i Nucleusen,” Litet, 2017, doi: 10.1002/smll.201602753.

Om Dr. Tchad MirkinTchad A. Mirkin

Dr. Tchad A. Mirkin är Direktören av LandskampInstitutet för Nanotechnology och den George B. Rathmann Prof.en av Kemi, Kemiskt och Biologiskt Iscensätta, Biomedicalen som Iscensätter, att Iscensätta för Material Vetenskap & och Medicinen på den Nordvästliga Universitetar.

Han är en kemist, och en sakkunnig värld-berömd nanoscience, som är bekant för hans upptäckt och utveckling av sfäriska nucleic syror (SNAs) och denbaserade biodetectionen och terapeutiska intriger, Dopp-Skrivar Nanolithography (DPN) och släkta cantilever-fria nanopatterning methodologies, På-Binder Lithography (OWL), och Koaxial Lithography (KOL) och bidrag till supramolecular kemi och nanoparticlesyntes.

Han är författare av över 670 manuskript och över 1.000 patenterade applikationer över hela världen (utfärdade 290), och han är grundaren av multipelföretag, inklusive Nanosphere, AuraSense och Exicure, som kommersialiserar nanotechnologyapplikationer i vetenskaperna om olika organismers beskaffenhet och biomedicinen.

Mirkin har känts igen med över 100 medborgare- och landskamputmärkelsear, däribland den Dan David Prisen 2016 och den öppnings- Sackler Prisen i KonvergensForskning. Han var en medlem av President Råd av Rådgivare på Vetenskap & Teknologi (den Obama Administrationen) och en av mycket få forskare som ska väljas till alla tre US-MedborgareAkademierna. Han är också en Kamrat av AmerikanAkademin av Konster och Vetenskaper och MedborgareAkademin av Uppfinnarear, bland andra.

Mirkin har tjänat som på det Redaktörs- Rådgivande Stiger Ombord av över lärda 20 förar journal över, inklusive JACS, Angew. Chem. och Adv. Mater.; i dagsläget är han en Förbunden Redaktör av JACS. Han är den grunda redaktören av den Små föra journal över, och han co-har redigerat den bestselling multipeln bokar.

Mirkin rymmer en B.S.-grad från Dickinson Högskola (1986, valt in i Beta Kappa för Phi) och en Ph.D.-grad från Pennen. Statliga Univ. (1989). Han var en Postdoctoral Kamrat för NSF på MITEN före passande en professor på Nordvästliga Univ. i 1991.