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Determinando a freqüência óptima do Biomarker para Biosensors

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

Uma entrevista com o químico novo do Qui-En Lin Metrohm do ano, conduzido por Alina Shrourou e por James Ives

Dê por favor uma breve vista geral de como nós actualmente diagnosticamos e controlamos doenças complexas e seus comorbidities. Por que há uma necessidade urgente para avanços neste campo?

Os métodos ópticos, tais como ELISA, são considerados avançados. Estes analisam amostras com etiquetas fluorescentes ou outras da sinalização e rendem a detecção exacta, mas a preparação é cara e complicado, exigem pessoais e instrumentos treinados da olá!-tecnologia.

A fim conseguir o ponto do teste do cuidado para a medicina personalizada, os bio ensaios precisam de poder detectar biomarkers em uma taxa muito mais rápida, mais barata sem sacrificar a precisão.

Chi-En Lin 2018 Metrohm USA Young Chemist Winner

Vencedor 2018 novo do químico do Qui-En Lin Metrohm EUA.

O Qui-En Lin ganhou o químico novo de Metrohm da concessão do ano para sua pesquisa em freqüências óptimas do biomarker, não apenas a novidade da pesquisa mas como pode ser aplicado. Determinar freqüências óptimas do biomarker para biosensors do multimarker tem usos amplos das metodologias rápidas da despistagem do cancro, dos diagnósticos secos, de fornecer a medicina personalizada e da ajuda detectar comorbidities antes que se transformem um problema.

Que é a bandeira de ouro actual para a revelação dos biomarkers? Que são os limites dos métodos avançados actuais?

Os ensaios da bandeira de ouro da corrente, além dos métodos ópticos gostam de ELISA, incluem o magnéticos tais como nanotags e grânulos magnéticos, e a espectroscopia de Raman que tem provado recentemente muito popular.

Estes todos fornecem-nos vantagens diferentes em termos dos limites ou das modalidades de detecção mas todas as limitações da parte na rotulagem e em preparação complicada da amostra. A espectroscopia de Raman é boa porque pode conseguir a detecção da etiqueta livre mas é ainda uma parte de equipamento cara.

Idealmente você quer conseguir algo similar a um medidor da glicemia; fácil produzir muito barato e. As tiras de teste usadas para executar o teste são menos de um dólar pela tira de teste, geralmente ao redor cinco a dez centavos.

Nenhumas destas tecnologias têm a capacidade a alcançar para baixo ainda a essa escala, porém os métodos eletroquímicos da detecção do biomarker são muito mais perto de alcançar este nível do que outras tecnologias.

Dê por favor uma breve vista geral de sua pesquisa que o conduz a ser nomeada o Metrohm vencedor novo da concessão do químico.

Eu trabalho em um laboratório altamente interdisciplinar com Dr. Jeffrey La Belle, compreendendo de três áreas temáticas do núcleo: biosensors, tecnologias wearable e fabricação avançada. Quando I se juntou primeiramente eu controlei ao redor oito projectos diferentes, e quando eu aprendi muito, não foi focalizado particularmente.

O Dr. La Belle treinou-me para pensar sobre como utilizar os temas comuns entre estes projectos como alpondras para me ajudar a vadear através do rio e a conseguir um objetivo maior.

Nós tivemos uma teoria sobre a freqüência óptima de um biomarker, que as ajudas você conseguissem uma única detecção do biomarker ou uma detecção múltipla do marcador.

Eu comecei agarrar esta ideia e usar estes projectos para desenvolver com certeza doenças únicas ou do multimarker dos sensores. Eu aprendi o que as normalizações e as diferenças são que constituem esta freqüência óptima e figuraram para fora como explorar estes para conseguir um multimarker melhor, mais sensível que detecta a plataforma.

A concessão não era apenas para a novidade científica, mas isso nós criamos as aplicações que podem ser aplicadas a todos os tipos das doenças com um foco na capacidade comercial. Muitos de nossos colaboradores são sócios da indústria e nós projectamos e desenvolvemos seus produtos de segunda geração. Nós igualmente trabalhamos com doutores para obter suas entradas durante o processo de projecto.

Como os biosensors eletroquímicos são produzidos e personalizados para doenças complexas?

Nós começamos tipicamente com um eléctrodo do ouro obter uma ideia de como este anticorpo ou este biomarker se comportarão. Uma vez que nós obtemos uma ideia dos reagentes que nós estamos trabalhando com, nós transição para os eléctrodos impressos tela, ouro ou carbono.

Segundo o material, nós alteramos então sua química de superfície para conseguir a boas cobertura e imobilização de superfície antes de tentar caracterizar e atravessar uma série de experiências projetadas encontrar a freqüência óptima deste biomarker, a seguir nós aperfeiçoamos o revestimento de superfície para assegurar o vigor contra a espécie de interferência. Eventualmente nós temos nossas tiras de teste descartáveis para este biomarker específico.

A peça do multimarker exige muito mais o trabalho, porque nossa aproximação do multimarker não é realmente uma disposição do sensor. Em uma disposição do sensor você tem os eléctrodos de trabalho diferentes e cada eléctrodo de trabalho tem um elemento molecular diferente do reconhecimento.

Nosso método envolve imobilizar analytes diferentes no mesmo eléctrodo de trabalho. Nós centramo-nos sobre encontrar a freqüência óptima de um biomarker específico, e uma vez que nós encontramos para dizer dois deles, nós pomos biomarkers sobre a mesma superfície e monitoramo-los apenas olhando as freqüências óptimas.

Que é espectroscopia electroquímica da impedância? Como pode ser usado para criar biosensors sensíveis e rápidos?

A espectroscopia electroquímica da impedância (EIS) entra um sinal sinusoidal que consista em uma escala de freqüência muito larga de um hertz do milli a 100.000 hertz. Algumas das máquinas podem ir acima a um megahertz.

Quando estas ondas sinusoidaas interagem com as biomoléculas, os anticorpos ou os antígenos, nós podemos medir a mudança da impedância, a mudança da capacidade e as freqüências.

Há um conceito reconhecido de uma freqüência óptima, que represente a freqüência molecular das interacções entre o elemento molecular do reconhecimento e a proteína do interesse.

Uma vez que você encontra a freqüência óptima, os sinais da impedância gerados dessa freqüência específica podem então ser usados para detectar exactamente o biomarker.

Encontrando que a freqüência lá é igualmente uma vantagem em termos de encurtar o tempo do ensaio como você somente necessidade de procurarar por uma escala de freqüência pequena, um pouco do que o espectro inteiro de um hertz do milli a um megahertz. Isso igualmente encurtaria dràstica o tempo do ensaio.

Como os biosensors eletroquímicos diferem dos meios tradicionais de detectar os biomarkers (isto é ELISA)? Como podem ser usados para ao diagnóstico de doenças e de comorbidities complexos?

Eu diria que a diferença a mais grande viria da aproximação de rotulagem. A espectroscopia electroquímica da impedância caracteriza uma opção livre da etiqueta, significando que você não tem que sujar com sua amostra.

Você pode produzir sua tira de teste, a seguir apenas para colocar as amostras na tira de teste e deixa-a ser executado, que é muito diferente de ELISA em termos da preparação simples. Uma outra diferença é o custo do medidor. ELISA exige instrumentos muito volumosos, sofisticados e caros, visto que o EIS é muito capaz de desenvolver medidores miniaturizados, apenas como medidores da glicemia.

Nós temos trabalhado nos medidores portáteis do EIS e nós encontramos que são muito fáceis de controlar, e é fácil produzir um medidor mais barato do que um iPhone. Isto, junto com o baixo custo sob de um dólar pela tira de teste, ajudará a conseguir a detecção personalizada do biomarker nos cuidados médicos.

Que vantagens há às plataformas do multimarker de biosensors eletroquímicos sobre a única monitoração do biomarker? Que efeito estas plataformas do multimarker têm na avaliação de estados complexos da doença?

As doenças complexas vêm frequentemente com muitos comorbidities, geralmente as doenças crónicas, que ocorrem simultaneamente. Antes que nós detectarmos estas doenças crónicas está geralmente demasiado atrasada, assim que ter um método para o diagnóstico adiantado é muito importante.

Uma razão para a detecção atrasada, é aquela da perspectiva de um paciente, a menos que tiverem uma emergência médica ou os sintomas que os conduzem para ver um profissional dos cuidados médicos, elas provavelmente não passará horas em um hospital e não esperará semanas por resultados da análise.

Se nós temos um biosensor multiplexado que seja fácil de administrar, pode ser executado em um ajuste da atenção primária e não toma demasiado por muito tempo aos resultados do produto, nós esperamos aumentar taxas da selecção e no que respeita nós poderíamos obter uma ideia muito mais detalhada do estado da doença do que com um único marcador.

Nós podemos aumentar aquele com os bio ensaios do multimarker rápido. No futuro, os pacientes podem poder visitar o escritório do seu doutor, têm testes do multimarker executados por uma enfermeira e antes que se estiverem sentando com um doutor, pelos resultados já estariam disponíveis. Isto evitaria visitas longas do hospital e contribui-las-ia a um aumento principal na eficiência dos cuidados médicos.

Que são as limitações de plataformas do multimarker usando biosensors eletroquímicos?

Cada biomarker é bastante diferente. Alguns biomarkers são concentrados muito altamente no corpo, alguns são muito baixos, e algumas das interacções obrigatórias do antígeno do anticorpo tomam muito mais por muito tempo, por exemplo.

Para projectar um biosensor específico levar em consideração todos estes factores é muito demorado. Na teoria é doable mas na realidade, cada biomarker envolveria uma quantidade significativa de trabalho, assim que nós precisaremos suficientes recursos de desenvolvê-los.

Que o futuro guardara para sua pesquisa?

Agora, nós estamos trabalhando com empresas start-up para desenvolver seus produtos de segunda geração, por exemplo, diagnósticos do olho seco e metodologias rápidas da despistagem do cancro. Poder ver estes ir da revelação à realidade é uma realização muito boa.

Por exemplo, o cancro se a selecção rápida pode se tornar disponível ou pelo menos meios convenientes para que os povos testem sempre que ou não têm estes biomarkers, fornecerá povos com confiança restabelecida e conforto ao igualmente travar estas doenças cedo bastante que o tratamento é eficaz.

Aquelas são todas as coisas que eu amaria realmente ver vindo à fruição. Carreira-sábio, eu espero que esta plataforma do sensor pode trabalhar para a medicina personalizada, se com as empresas start-up ou da utilização de minha experiência com empresas grandes para aumentar mais seus produtos.

Apesar do que rota é tomada, esperançosamente nós podemos todos convirgir para a medicina personalizada com a eficiência crescente dos cuidados médicos.

Sobre Qui-En Lin

O Qui-En é um candidato do Ph.D. na universidade estadual do Arizona onde trabalha sob o mentorship do Dr. Jeffrey T. La Belle, professor adjunto na escola da engenharia biológica e da saúde de sistemas.

O Qui-En Lin era o receptor 2018 da concessão nova do químico de Metrohm.

Citations

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    Metrohm AG. (2018, August 23). Determinando a freqüência óptima do Biomarker para Biosensors. News-Medical. Retrieved on April 21, 2021 from https://www.news-medical.net/news/20180522/Determining-the-Optimal-Biomarker-Frequency-for-Biosensors.aspx.

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