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Détermination de la fréquence optimale de biomarqueur pour des biocapteurs

Thought LeadersChi-En LinMetrohm Young Chemist of the Year AwardPhD Candidate, Arizona State University

Une entrevue avec le jeune pharmacien de Chi-En Lin Metrohm de l'année, conduit par Alina Shrourou et James Ives

Veuillez donner un bref aperçu de la façon dont nous actuel diagnostiquons et manageons les maladies complexes et leurs comorbidités. Pourquoi y a-t-il une nécessité pressante des avancements dans ce domaine ?

Des méthodes optiques, telles que l'ELISA, sont considérées de pointe. Celles-ci analysent des échantillons avec marques fluorescentes ou autres de signalisation et fournissent le dépistage précis, mais la préparation est chère et compliqué, ils exigent le personnel qualifié et les instruments de pointe.

Afin de réaliser le point de contrôle de soins pour le médicament personnalisé, les bio analyses doivent pouvoir trouver des biomarqueurs à un régime beaucoup plus rapide et meilleur marché sans sacrifier l'exactitude.

Chi-En Lin 2018 Metrohm USA Young Chemist Winner

Jeune lauréat 2018 de pharmacien de Chi-En Lin Metrohm Etats-Unis.

Chi-En Lin a gagné le jeune pharmacien de Metrohm de la récompense d'année pour sa recherche dans des fréquences optimales de biomarqueur, pas simplement la nouveauté de la recherche mais comment elle peut être appliquée. La détermination des fréquences optimales de biomarqueur pour des biocapteurs de multimarker a des utilisations étendues des méthodologies rapides de dépistage du cancer, de la diagnose sèche, de fournir le médicament personnalisé et de l'aide pour trouver des comorbidités avant qu'elles deviennent un problème.

Quel est l'étalon-or actuel pour le développement des biomarqueurs ? Quelles sont les limites des méthodes de pointe actuelles ?

Les analyses d'étalon-or de courant, sans compter que des méthodes optiques aiment l'ELISA, comprennent les magnétiques tel que les nanotags et les talons magnétiques, et la spectroscopie de Raman qui a très populaire récent prouvé.

Ces tous fournissent différents avantages en termes de limites ou modalités de détection mais eux toutes les limitations de part sur marquer et préparation des échantillons compliquée. La spectroscopie de Raman est bonne car elle peut réaliser le dépistage de marque librement mais c'est toujours un appareil cher.

Dans le meilleur des cas vous voulez réaliser quelque chose assimilée à un mètre de glucose sanguin ; facile à produire et très bon marché. Les bandes d'essai employées pour réaliser l'essai sont moins d'un dollar selon la bande d'essai, habituellement environ cinq à dix cents.

Aucun de ces technologies n'a la capacité à atteindre vers le bas à cette écaille encore, toutefois les méthodes électrochimiques de dépistage de biomarqueur sont beaucoup plus près d'atteindre ce niveau que d'autres technologies.

Veuillez donner un bref aperçu de votre recherche qui vous aboutissent à être nommé le Metrohm jeune lauréat du prix de pharmacien.

Je travaille dans un laboratoire hautement interdisciplinaire avec M. Jeffrey La Belle, comportant de trois domaines de faisceau : biocapteurs, technologies portables et fabrication avancée. Quand I s'est joint la première fois j'ai géré environ huit projets différents, et tandis que j'apprenais beaucoup, il n'a pas été en particulier orienté.

M. La Belle m'a formé pour penser à la façon utiliser les thèmes courants parmi ces projets comme des pierres de progression pour m'aider à patauger en travers de la rivière et à atteindre un plus grand objectif.

Nous avons eu une théorie au sujet de la fréquence optimale d'un biomarqueur, que les aides vous réalisent un dépistage unique de biomarqueur ou un dépistage multiple de borne.

J'ai commencé à saisir cette idée et à employer ces projets pour développer les détecteurs uniques ou de multimarker pour certaines maladies. J'ai appris ce que sont les vulgarisations et les différences qui constituent cette fréquence optimale et ont figuré à l'extérieur comment exploiter ces derniers pour réaliser un meilleur, plus sensible multimarker détectant la plate-forme.

La récompense n'était pas simplement pour la nouveauté scientifique, mais cela nous avons produit les applications qui peuvent être appliquées à toutes sortes de maladies avec une orientation sur la capacité commerciale. Plusieurs de nos collaborateurs sont des partenaires de l'entreprise et nous concevons et développons leurs produits de la seconde génération. Nous travaillons également avec des médecins pour obtenir leurs entrées pendant le procédé de modèle.

Comment les biocapteurs électrochimiques sont-ils produits et personnalisé pour les maladies complexes ?

Nous commençons type par une électrode d'or à avoir une idée de la façon dont cet anticorps ou ce biomarqueur se comportera. Une fois que nous avons une idée des réactifs que nous travaillons avec, nous passage vers les électrodes estampées par écran, or ou carbone.

Selon le matériau, nous modifions alors sa chimie extérieure pour réaliser la bonnes couverture et immobilisation extérieures avant l'essai de caractériser et de passer par une suite d'expériences conçues pour trouver la fréquence optimale de ce biomarqueur, puis nous optimisons la couche extérieure pour assurer la robustesse contre la substance de intervention. Éventuellement nous avons nos bandes d'essai remplaçables pour ce biomarqueur spécifique.

La pièce de multimarker exige beaucoup plus le travail, parce que notre approche de multimarker n'est réellement pas un choix de détecteur. Dans un choix de détecteur vous avez différentes électrodes fonctionnantes et chaque électrode fonctionnante a un élément moléculaire différent de reconnaissance.

Notre méthode concerne immobiliser différentes analytes sur la même électrode fonctionnante. Nous nous concentrons sur trouver la fréquence optimale d'un biomarqueur spécifique, et une fois que nous trouvons pour dire deux d'entre eux, nous mettons des biomarqueurs sur la même surface et les surveillons juste en regardant les fréquences optimales.

Quelle est spectroscopie électrochimique d'impédance ? Comment peut-elle être employée pour produire les biocapteurs sensibles et rapides ?

La spectroscopie électrochimique d'impédance (EIS) entre un signe sinusoïdal qui se compose d'une plage de fréquence très grande d'un hertz de milli à 100.000 hertz. Certaines des machines peuvent monter à un mégahertz.

Quand ces ondes sinusoïdales agissent l'un sur l'autre avec les biomolécules, les anticorps ou les antigènes, nous pouvons mesurer la modification d'impédance, la modification de capacité et les fréquences.

Il y a un concept identifié d'une fréquence optimale, qui représente la fréquence moléculaire des interactions entre l'élément moléculaire de reconnaissance et la protéine d'intérêt.

Une fois que vous trouvez la fréquence optimale, les signes d'impédance produits de cette fréquence spécifique peuvent alors être employés pour trouver exactement le biomarqueur.

En constatant que la fréquence il y a également un avantage en termes de diminuer le temps d'analyse en tant que vous seulement le besoin de rechercher une petite plage de fréquence, plutôt que le spectre entier d'un hertz de milli à un mégahertz. Cela diminuerait également rigoureusement le temps d'analyse.

Comment les biocapteurs électrochimiques diffèrent-ils des moyens traditionnels de trouver les biomarqueurs (c.-à-d. ELISA) ? Comment peuvent-ils être employés à pour le diagnostic des maladies et des comorbidités complexes ?

Je dirais que la plus grande différence viendrait de l'approche de marquage. La spectroscopie électrochimique d'impédance comporte une option libre de marque, signifiant que vous ne devez pas salir avec votre échantillon.

Vous pouvez produire votre bande d'essai, puis juste pour mettre les échantillons sur la bande d'essai et la laissez fonctionner, qui est très différente de l'ELISA en termes de préparation simple. Une autre différence est le coût du mètre. L'ELISA exige les instruments très encombrants, sophistiqués et chers, alors que l'EIS est très capable de développer les mètres miniaturisés, juste comme des mètres de glucose sanguin.

Nous avions travaillé aux mètres portatifs d'EIS et nous constatons qu'il est très facile les régler, et il est facile de produire un mètre meilleur marché qu'un iPhone. Ceci, avec le coût bas de sous un dollar selon la bande d'essai, aidera à réaliser le dépistage personnalisé de biomarqueur dans la santé.

Quels avantages y a-t-il aux plates-formes de multimarker des biocapteurs électrochimiques au-dessus de la surveillance unique de biomarqueur ? Quel effet ces plates-formes de multimarker ont-elles sur le bilan des conditions complexes de la maladie ?

Les maladies complexes viennent souvent avec beaucoup de comorbidités, habituellement les maladies chroniques, qui se produisent simultanément. Avant que nous trouvions ces maladies chroniques il est habituellement trop tard, ainsi avoir une méthode pour le diagnostic précoce est très important.

Une raison du dépistage tardif, est cela du point de vue d'un patient, à moins qu'elles aient une urgence médicale ou des sympt40mes qui les pilotent pour voir un professionnel de la santé, elles ne passera pas des heures dans un hôpital et n'attendra pas probablement des semaines des résultats de test.

Si nous avons un biocapteur multiplexé il est facile administrer que, peut être exécuté dans un réglage de premier soins et ne prend pas trop longtemps aux résultats de produit, nous espérons augmenter des régimes d'examen critique et à cet égard nous pourrions obtenir une vue beaucoup plus complète de la condition de la maladie qu'avec une borne unique.

Nous pouvons améliorer cela avec les bio analyses de multimarker rapide. À l'avenir, les patients peuvent pouvoir visiter leur cabinet médical, font réaliser des essais de multimarker par une infirmière et avant qu'ils s'asseyent avec un docteur, les résultats seraient déjà procurables. Ceci éviterait des visites prolongées d'hôpital et contribuerait à une augmentation importante du rendement de la santé.

Quelles sont les limitations des plates-formes de multimarker employant les biocapteurs électrochimiques ?

Chaque biomarqueur est très différent. Quelques biomarqueurs sont très hautement concentrés dans le fuselage, certains sont très inférieurs, et certaines des interactions obligatoires d'antigène d'anticorps prennent beaucoup plus longtemps, par exemple.

Pour concevoir un biocapteur spécifique pour tenir compte de tous ces facteurs est très long. Dans la théorie il est faisable mais en réalité, chaque biomarqueur comporterait une importante quantité de travail, ainsi nous aurons besoin de moyens suffisants pour les développer.

Que le contrat à terme retient-il pour votre recherche ?

En ce moment, nous travaillons avec les compagnies de démarrage pour développer leurs produits de la seconde génération, par exemple, diagnose d'oeil sec et méthodologies rapides de dépistage du cancer. Pouvoir voir ces derniers aller du développement à la réalité est un accomplissement très bon.

Par exemple, en cancer si l'examen critique rapide peut devenir procurable ou au moins des moyens pratiques pour que les gens vérifient chaque fois qu'ou pas ils ont ces biomarqueurs, fournira à des gens la réassurance et le confort tout en également recueillant ces maladies assez tôt que la demande de règlement est efficace.

Telles sont toutes les choses que j'aimerais réellement voir réalisé. en ce qui concerne la carrière, j'espère que cette plate-forme de détecteur pourra travailler vers le médicament personnalisé, si les compagnies de démarrage ou en employant mes compétences avec de grandes compagnies pour améliorer davantage leurs produits.

Indépendamment quelle route est prise, si tout va bien nous pouvons tout converger vers le médicament personnalisé par le rendement croissant de la santé.

Au sujet de Chi-En Lin

Chi-En est un candidat de Ph.D. à l'université de l'Etat d'Arizona où il travaille sous le mentorship de M. Jeffrey T. La Belle, professeur adjoint à l'école de l'ingénierie des systèmes biologique et de systèmes de santé.

Chi-En Lin était le bénéficiaire 2018 de la jeune récompense de pharmacien de Metrohm.

Citations

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