اختبار العلامات الحيوية للبول الاصطناعي متعدد التحليلات بوساطة كريسبر-كاس للتشخيص المحمول
ديسمبر 8, 2023
يصف هذا البروتوكول اختبار العلامات الحيوية للبول الاصطناعي متعدد التحليلات بوساطة كريسبر-كاس والذي يتيح تشخيص السرطان في نقطة الرعاية من خلال التحليل خارج الجسم الحي لأنشطة الأنزيم البروتيني المرتبطة بالورم.
يقوم مختبر القلب بهندسة الأدوات الجزيئية والخلوية لتتبع بيولوجيا المرض والتحكم فيها بدقة. نحن نستخدم معلومات خاصة حول الأنسجة المريضة لإبلاغ تصميم أدوات الكشف والتصوير والعلاج سريعة الاستجابة للاضطرابات غير المتجانسة. تقدم السوائل الحيوية فرصة مناسبة للكشف عن الأمراض وتقييمها ، ولكن هذه غالبا ما تكون محدودة بسبب كميات منخفضة من التحليلات ذات الصلة.
نتيجة لذلك ، يتبع الكثير من المجال استراتيجيات لتضخيم الإشارات المرتبطة بالمرض لتحسين حساسية الاختبارات التشخيصية ، مثل BCR والبلازما السطحية على الرنين. بدلا من الاعتماد على المؤشرات الحيوية للأمراض الداخلية في الدورة الدموية ، يستخدم نهجنا المؤشرات الحيوية الاصطناعية للإبلاغ عن نشاط المرض عند إطلاقه من أجهزة الاستشعار النانوية المحقونة. المؤشرات الحيوية الاصطناعية الخاصة بنا عبارة عن رموز شريطية للحمض النووي مثبتة كيميائيا ، والتي تسمح باكتشاف إشارات البيئة الدقيقة المتعددة للأمراض في وقت واحد ، وتحديدها باستخدام الرمز الشريطي المقابل.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
نظرة عامة
يصف هذا البروتوكول اختباراً للمؤشرات الحيوية في البول الاصطناعي متعدد التحاليل، والمدعوم بتقنية CRISPR-Cas، والذي يتيح تشخيص السرطان في نقاط الرعاية من خلال التحليل المختبري (ex vivo) لأنشطة البروتياز المرتبطة بالأورام. يعمل مختبر "The Heart Lab" على هندسة أدوات جزيئية وخلوية لتتبع بيولوجيا المرض والتحكم فيها بدقة.
المكونات الرئيسية للدراسة
مجال العلم
- علوم الأعصاب
- التكنولوجيا الحيوية
- التشخيص
خلفية علمية
- تعد السوائل الحيوية وسيلة مريحة للكشف عن الأمراض، ولكنها غالباً ما تكون محدودة بسبب الكميات المنخفضة من التحاليل ذات الصلة.
- يتم حالياً تطوير استراتيجيات لتضخيم الإشارات المرتبطة بالأمراض لتحسين حساسية الاختبارات التشخيصية.
- تعتمد الطرق الحالية على المؤشرات الحيوية الاصطناعية بدلاً من المؤشرات الحيوية الداخلية للمرض.
- تقوم المستشعرات النانوية المحقونة بتحرير مؤشرات حيوية اصطناعية للإبلاغ عن نشاط المرض.
الغرض من الدراسة
- تطوير اختبار للمؤشرات الحيوية في البول الاصطناعي لتشخيص السرطان.
- تعزيز حساسية الكشف عن الأمراض من خلال استخدام أدوات جزيئية مهندسة.
- استخدام رموز شريطية (barcodes) مستقرة من الـ DNA للكشف عن إشارات أمراض متعددة في وقت واحد.
الطرق المستخدمة
- تقنية CRISPR-Cas لاختبار المؤشرات الحيوية.
- التحليل خارج الجسم الحي (Ex vivo) لأنشطة البروتياز المرتبطة بالأورام.
- تصميم أدوات كشف استجابية تعتمد على البيئات الدقيقة للأمراض.
- استخدام الباركودات الحمضية DNA المستقرة كيميائياً للكشف عن الإشارات.
النتائج الرئيسية
- التطوير الناجح لاختبار مؤشرات حيوية في البول الاصطناعي متعدد التحاليل.
- تحسين الحساسية في الكشف عن الإشارات المرتبطة بالمرض.
- إثبات فعالية المؤشرات الحيوية الاصطناعية في الإبلاغ عن نشاط المرض.
- إمكانية استخدام التشخيص في نقاط الرعاية للكشف عن السرطان.
الاستنتاجات
- يمثل اختبار المؤشرات الحيوية في البول الاصطناعي تقدماً كبيراً في تشخيص السرطان.
- يمكن للأدوات الجزيئية المهندسة أن تعزز تتبع الأمراض وعلاجها.
- قد يؤدي هذا النهج إلى حلول تشخيصية أكثر فعالية في نقاط تقديم الرعاية الصحية.
الأسئلة الشائعة
الأهمية التنفيذية في الصناعة
يتيح اختبار المؤشرات الحيوية في البول الاصطناعي متعدد التحاليل والوسيط بـ CRISPR-Cas كشفاً عالي الحساسية ومتعدد الإشارات للنشاط البروتيني التحليلي المرتبط بالأمراض في الجسم الحي، مما يدعم التشخيص الدقيق بما يتجاوز المقاييس التقليدية للسوائل الحيوية. ويعالج هذا النهج تحدي انخفاض وفرة التحاليل الداخلية من خلال الاستفادة من المستشعرات النانوية المهندسة والباركود الحمضي النووي (DNA barcodes) للحصول على قراءات قوية وبأقل قدر من التدخل الجراحي. وتجعل القابلية للتكيف وقدرة التعدد في هذه المنصة منها أصلاً استراتيجياً للاكتشاف المبكر، والتحقق من الأهداف، وتطوير المؤشرات الحيوية الانتقالية في علم الأورام ومجالات الأمراض المعقدة الأخرى.
التطبيقات الاستراتيجية في البحث والتطوير في مجال الأدوية البيولوجية
الاكتشاف المبكر والتحقق من الهدف
- يتيح استقصاء نشاط البروتياز ذي الصلة بالمرض مباشرة في البيئة المجهرية للورم.
- يدعم التحقق الوظيفي من الهدف من خلال ربط البصمات التحليلية البروتينية بحدوث المرض وتطوره.
- يسهل الثقة التنبؤية في ارتباط الهدف من خلال قراءات الباركود الحمض النووي DNA المتعددة.
الفحص وتطوير المقايسة
- يوفر أنظمة مؤشرات حيوية اصطناعية مصادق عليها لتطوير المقاييس اللاحقة وسير عمل الفرز.
- يقدم مخرجات كمية ومتعددة الإشارات لضمان توحيد المقاييس وقابلية تكرارها بشكل قوي.
- يتيح منصات تشخيصية محمولة وقابلة للتوسع ومناسبة لتقييم المركبات ذات الإنتاجية العالية.
الأبحاث الانتقالية وما قبل السريرية
- يوائم إشارات المؤشرات الحيوية الاصطناعية مع بيولوجيا المرض من أجل اكتشاف المؤشرات الحيوية الانتقالية.
- يدعم الاستمرارية من النماذج قبل السريرية إلى استراتيجيات المؤشرات الحيوية السريرية عبر أخذ عينات البول بأقل تدخل جراحي.
- يقلل من الغموض الميكانيكي من خلال الربط المباشر بين النشاط الجزيئي وحالة المرض داخل الجسم الحي (in vivo).
تكامل سير العمل والمسارات التحليلية
تدمج منصة المؤشرات الحيوية الاصطناعية هذه جميع المراحل، بدءاً من الاكتشاف المبكر وصولاً إلى التحقق قبل السريري، مما يتيح انتقالاً سلساً من الدراسات الميكانيكية إلى تطوير المؤشرات الحيوية الترجمية.
- بيولوجيا الاكتشاف: تضخيم الإشارات المرتبطة بالمرض لاختبار الفرضيات وتوضيح المسارات.
- الفحص: توفير قراءات كمية متعددة لقياس مدى جاهلية المقايسة وقابلية تكرارها.
- التحليلات: تمكين الكشف الحساس والمقارنة بين أنشطة تحلل بروتيني متعددة عبر تحليل الباركود الخاص بالـ DNA.
- الأبحاث الترجمية: الربط بين استراتيجيات المؤشرات الحيوية قبل السريرية والسريرية من خلال التشخيصات غير البضعية القائمة على البول.
- إعادة الاستخدام المؤسسي: توفير منصة قابلة للتعديل وإعادة الاستخدام، يمكن تكييفها مع سياقات مرضية متنوعة ومجموعات مختلفة من المؤشرات الحيوية.
التأثير التشغيلي والمؤسسي
- القيمة العلمية: تزيد من موثوقية التنبؤ وتقلل المخاطر البيولوجية في التحقق من الأهداف واكتشاف المؤشرات الحيوية.
- القيمة التشغيلية: توحد سير عمل الكشف المتعدد (multiplexed) وتدعم التشخيصات القابلة للتطوير والنقل.
- القيمة الاستراتيجية: تحسن عملية اتخاذ القرارات بشأن المضي قدماً أو التوقف، وترفع كفاءة رأس المال من خلال تمكين الكشف المبكر والقوي عن إشارات المرض.
- تأثير المحفظة: تدعم تحديد الأولويات المعدلة وفقاً للمخاطر والنهوض بالبرامج القائمة على المؤشرات الحيوية.
اعتبارات التنفيذ
- يتطلب خبرة في البيولوجيا التخليقية، وأنظمة CRISPR-Cas، وتطوير المقاييس التحليلية الحيوية.
- يتطلب الوصول إلى أجهزة الكشف عن الباركود الخاص بالحمض النووي DNA وقراءة الإشارات المعتمدة على CRISPR.
- يتطلب توحيد المعايير بين الفرق فيما يخص تخليق المستشعرات النانوية وبروتوكولات جمع البول.
- قابل للتكيف مع مختلف النماذج قبل السريرية والبيئات الدقيقة للأمراض مع إجراء التحقق المناسب.
- تشمل القيود العملية تحسين الحركية الدوائية للمراسل وتضخيم الإشارة في سياقات مرضية محددة.
