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Determinación de la frecuencia óptima del Biomarker para los biosensores

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

Una entrevista con el químico joven del Ji-En Lin Metrohm del año, conducto por Alina Shrourou y James Ives

Dé por favor una reseña abreviada de cómo diagnosticamos y manejamos actualmente enfermedades complejas y sus comorbidities. ¿Por qué hay una necesidad acuciante de adelantos en este campo?

Los métodos ópticos, tales como ELISA, se consideran avanzados. Éstos analizan muestras con las escrituras de la etiqueta fluorescentes u otras de la transmisión de señales y rinden la detección exacta, pero la preparación es costosa y complicado, requieren personales entrenados y los instrumentos de alta tecnología.

Para lograr el punto de la prueba del cuidado para el remedio personalizado, los bio análisis necesitan poder descubrir biomarkers a un régimen mucho más rápido, más barato sin sacrificar exactitud.

Chi-En Lin 2018 Metrohm USA Young Chemist Winner

Ganador joven 2018 del químico del Ji-En Lin Metrohm los E.E.U.U.

El Ji-En Lin ganó al químico joven de Metrohm de la recompensa del año para su investigación en frecuencias óptimas del biomarker, no apenas la novedad de la investigación pero cómo puede ser aplicado. La determinación de las frecuencias óptimas del biomarker para los biosensores del multimarker tiene aplicaciones amplias de metodologías rápidas de la investigación de cáncer, de diagnósticos secos, de ofrecer el remedio personalizado y de la ayuda descubrir comorbidities antes de que se conviertan en un problema.

¿Cuál es el patrón oro actual para el revelado de biomarkers? ¿Cuáles son los límites de los métodos avanzados actuales?

Los análisis del patrón oro de la corriente, además de métodos ópticos tienen gusto de ELISA, incluyen los magnéticos tales como nanotags y molduras magnéticos, y la espectroscopia de Raman que ha probado recientemente muy popular.

Estos todos ofrecen diversas ventajas en términos de límites o modalidades de detección pero los todas las limitaciones de la parte en la etiqueta y la preparación complicada de la muestra. La espectroscopia de Raman es buena pues puede lograr la detección de la escritura de la etiqueta libremente pero sigue siendo un pedazo de equipo costoso.

Usted quiere idealmente lograr algo similar a un contador de la glucosa en sangre; fácil producir y muy barato. Las tiras de prueba usadas para realizar la prueba son menos de un dólar por la tira de prueba, generalmente alrededor cinco a diez centavos.

Ningunas de estas tecnologías tienen la capacidad a alcanzar hacia abajo a esa escala todavía, no obstante los métodos electroquímicos de detección del biomarker son mucho más cercano a alcanzar este nivel que otras tecnologías.

Dé por favor una reseña abreviada de su investigación que le lleva a ser nombrado el Metrohm ganador joven de la recompensa del químico.

Trabajo en un laboratorio altamente interdisciplinario con el Dr. Jeffrey La Belle, comprendiendo de tres temas de la base: biosensores, tecnologías usables y fabricación avanzada. Cuando I primero ensambló manejé alrededor ocho diversos proyectos, y mientras que aprendí mucho, no fue enfocado determinado.

El Dr. La Belle me ha entrenado para pensar en cómo utilizar los temas comunes entre estos proyectos como las progresiones toxicológicas para ayudarme a vadear a través del río y a lograr una meta más grande.

Teníamos una teoría sobre la frecuencia óptima de un biomarker, que las ayudas usted logran una única detección del biomarker o una detección múltiple del marcador.

Comencé a comprender esta idea y a utilizar estos proyectos para desarrollar enfermedades únicas o del multimarker de los sensores con certeza. Aprendí cuáles son los usos comunes y las diferencias que constituyen esta frecuencia óptima e imaginaron cómo explotar éstos para lograr un multimarker mejor, más sensible que detecta la plataforma.

La recompensa no estaba apenas para la novedad científica, pero eso creamos los usos que se pueden aplicar a toda clase de enfermedades con un foco en capacidad comercial. Muchos de nuestros colaboradores son socios de la industria y diseñamos y desarrollamos sus productos de segunda generación. También trabajamos con los doctores para conseguir sus entradas durante el proceso de diseño.

¿Cómo los biosensores electroquímicos se producen y se modifican para requisitos particulares para las enfermedades complejas?

Comenzamos típicamente con un electrodo del oro a conseguir una idea de cómo este anticuerpo o este biomarker se comportará. Una vez que conseguimos una idea de los reactivos que estamos trabajando con, nosotros transición hacia los electrodos impresos pantalla, u oro o carbono.

Dependiendo del material, entonces alteramos su química superficial para lograr buenos abrigo e inmovilización superficiales antes de intentar caracterizar y pasar con una serie de experimentos diseñados encontrar la frecuencia óptima de este biomarker, después optimizamos la capa superficial para asegurar robustez contra especie de interferencia. Tenemos eventual nuestras tiras de prueba disponibles para este biomarker específico.

La pieza del multimarker requiere mucho más el trabajo, porque nuestra aproximación del multimarker no es real un arsenal del sensor. En un arsenal del sensor usted tiene diversos electrodos de trabajo y cada electrodo de trabajo tiene un diverso elemento molecular del reconocimiento.

Nuestro método implica el inmovilizar de diversos analitos en el mismo electrodo de trabajo. Nos centramos en encontrar la frecuencia óptima de un biomarker específico, y una vez que encontramos para decir dos de ellos, ponemos biomarkers en la misma superficie y los vigilamos apenas observando las frecuencias óptimas.

¿Cuál es espectroscopia electroquímica de la impedancia? ¿Cómo puede ser utilizado para crear biosensores sensibles y rápidos?

La espectroscopia electroquímica de la impedancia (EIS) entra una señal sinusoidal que consista en un radio de acción de frecuencia muy amplio de un hertz del milli a 100.000 hertz. Algunas de las máquinas pueden subir a un megaciclo.

Cuando estas ondas sinusoidales obran recíprocamente con las biomoléculas, los anticuerpos o los antígenos, podemos medir el cambio de la impedancia, el cambio de la capacitancia y las frecuencias.

Hay un concepto reconocido de una frecuencia óptima, que representa la frecuencia molecular de acciones recíprocas entre el elemento molecular del reconocimiento y la proteína del interés.

Una vez que usted encuentra la frecuencia óptima, las señales de la impedancia generadas de esa frecuencia específica se pueden entonces utilizar para descubrir exacto el biomarker.

Encontrando que la frecuencia allí es también una ventaja en términos de disminución del tiempo del análisis como usted solamente necesidad de explorar para un pequeño alcance de frecuencia, bastante que el espectro entero de un hertz del milli a un megaciclo. Eso también acortaría drástico el tiempo del análisis.

¿Cómo los biosensores electroquímicos difieren de medios tradicionales de descubrir los biomarkers (es decir ELISA)? ¿Cómo pueden ser utilizados para a la diagnosis de enfermedades y de comorbidities complejos?

Diría que la diferencia más grande vendría de la aproximación de etiqueta. La espectroscopia electroquímica de la impedancia ofrece una opción libre de la escritura de la etiqueta, significando que usted no tiene que ranchear con su muestra.

Usted puede producir su tira de prueba, después apenas para colocar las muestras en la tira de prueba y la permite ejecutarse, que es muy diferente de ELISA en términos de preparación simple. Otra diferencia es el costo del contador. ELISA requiere los instrumentos muy abultados, sofisticados y costosos, mientras que el EIS es muy capaz de desarrollar los contadores miniaturizados, apenas como los contadores de la glucosa en sangre.

Hemos estado trabajando en los contadores portátiles del EIS y encontramos que son muy fáciles de controlar, y es fácil producir un contador más barato que un iPhone. Esto, así como el bajo costo bajo de dólar por tira de prueba, ayudará a lograr la detección personalizada del biomarker en atención sanitaria.

¿Qué ventajas hay a las plataformas del multimarker de biosensores electroquímicos sobre la única supervisión del biomarker? ¿Qué efecto estas plataformas del multimarker tienen en la evaluación de los estados complejos de la enfermedad?

Las enfermedades complejas vienen a menudo con muchos comorbidities, las enfermedades generalmente crónicas, que ocurren simultáneamente. Para el momento en que descubramos estas enfermedades crónicas es generalmente demasiado atrasada, así que tener un método para el diagnóstico precoz es muy importante.

Una razón de la última detección, es ésa de la perspectiva de un paciente, a menos que tengan una emergencia médica o síntomas que los impulsan para ver a un profesional de la atención sanitaria, ellas no pasará horas en un hospital y no esperará probablemente las semanas resultados de la prueba.

Si tenemos un biosensor multiplexado que sea fácil de administrar, puede ser realizado en una fijación de la atención primaria y no lleva demasiado de largo los resultados de la producción, esperamos aumentar regímenes de la investigación y a este respecto podríamos conseguir una vista mucho más completa del estado de la enfermedad que con un único marcador.

Podemos aumentar eso con los bio análisis del multimarker rápido. En el futuro, los pacientes pueden poder visitar la oficina de su doctor, hacen pruebas del multimarker realizar por una enfermera y para el momento en que se estén sentando con un doctor, los resultados estarían ya disponibles. Esto evitaría visitas muy largas del hospital y contribuiría a un aumento importante en la eficiencia de la atención sanitaria.

¿Cuáles son las limitaciones de las plataformas del multimarker usando biosensores electroquímicos?

Cada biomarker es muy diferente. Algunos biomarkers se concentran muy altamente en la carrocería, algunos son muy inferiores, y algunas de las acciones recíprocas obligatorias del antígeno del anticuerpo duran mucho, por ejemplo.

Para diseñar un biosensor específico para tener en cuenta todos estos factores es muy que toma tiempo. En teoría es factible pero en realidad, cada biomarker implicaría una cantidad de trabajo importante, así que necesitaremos suficientes recursos desarrollarlos.

¿Qué el futuro espera para su investigación?

Ahora, estamos trabajando con las empresas de nueva creación para desarrollar sus productos de segunda generación, por ejemplo, los diagnósticos del aro seco y las metodologías rápidas de la investigación de cáncer. El poder ver éstos ir del revelado a la realidad es un logro muy bueno.

Por ejemplo, el cáncer si la investigación rápida puede estar disponible o por lo menos los medios convenientes para que la gente pruebe siempre que o no tengan estos biomarkers, proveerá de gente con reaseguro y comodidad mientras que también coge estas enfermedades temprano bastante que el tratamiento es efectivo.

Ésas son todas las cosas que amaría realmente ver venido a la fruición. Carrera-sabio, espero que esta plataforma del sensor pueda trabajar hacia remedio personalizado, si con las empresas de nueva creación o usar mi experiencia con las compañías grandes para aumentar más lejos sus productos.

Sin importar se toma qué ruta, esperanzadamente podemos todos converger hacia remedio personalizado con la eficiencia cada vez mayor de la atención sanitaria.

Sobre Ji-En Lin

El Ji-En es un candidato del Ph.D. en la universidad de estado de Arizona en donde él trabaja bajo mentorship del Dr. Jeffrey T. La Belle, profesor adjunto en la escuela de la ingeniería biológica y de la salud de sistemas.

El Ji-En Lin era el beneficiario 2018 de la recompensa joven del químico de Metrohm.

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