בדיקת סמנים ביולוגיים סינתטיים בשתן סינתטי בתיווך CRISPR-Cas לאבחון נייד
8 בדצמבר 2023
פרוטוקול זה מתאר בדיקת סמנים ביולוגיים סינתטיים בשתן סינתטי בתיווך CRISPR-Cas, המאפשרת אבחון סרטן נקודתי באמצעות ניתוח ex vivo של פעילויות פרוטאז הקשורות לגידול.
מעבדת הלב מהנדסת כלים מולקולריים ותאיים כדי לעקוב במדויק אחר ביולוגיה של מחלות ולשלוט בהן. אנו משתמשים במידע מיוחד על רקמות חולות כדי ליידע את התכנון של כלי זיהוי, הדמיה וטיפול מגיבים להפרעות הטרוגניות. נוזלים ביולוגיים מהווים הזדמנות נוחה לזיהוי מחלות והערכה, אך אלה מוגבלים לעתים קרובות על ידי כמויות נמוכות של אנליטים רלוונטיים.
כתוצאה מכך, רוב התחום רודף אחר אסטרטגיות להגברת אותות הקשורים למחלות כדי לשפר את הרגישות של בדיקות אבחון, כמו BCR ופלזמה פני השטח בתהודה. במקום להסתמך על סמנים ביולוגיים של מחלות אנדוגניות במחזור, הגישה שלנו משתמשת בסמנים ביולוגיים סינתטיים כדי לדווח על פעילות המחלה כאשר היא משוחררת מננו-חיישנים מוזרקים. הסמנים הביולוגיים הסינתטיים שלנו הם ברקודי DNA מיוצבים כימית, המאפשרים לזהות אותות מיקרו-סביבה של מחלות מרובות בבת אחת, ולזהות אותם באמצעות הברקוד המתאים.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
פרוטוקול זה מתאר בדיקה סינתטית של סממנים ביולוגיים בשתן עבור מספר אנליטים, המתווכת על ידי CRISPR-Cas, המאפשרת אבחון סרטן בנקודת הטיפול (point-of-care) באמצעות ניתוח ex vivo של פעילויות פרוטאזה הקשורות לגידול. מעבדת הלב (Heart Lab) מפתחת כלים מולקולריים ותאיים למעקב ובקרה מדויקים של ביולוגיה של מחלות.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- מדעי המוח
- ביוטכנולוגיה
- דיאגנוסטיקה
רקע
- נוזלי גוף הם נוחים לזיהוי מחלות, אך לעיתים קרובות הם מוגבלים בשל כמויות נמוכות של אנליטים רלוונטיים.
- פותחות אסטרטגיות להגברת אותות הקשורים למחלה כדי לשפר את הרגישות של בדיקות אבחנתיות.
- שיטות נוכחיות מסתמכות על סמנים ביולוגיים סינתטיים במקום על סמנים ביולוגיים אנדוגניים של המחלה.
- ננו-חיישנים מוזרקים משחררים סמנים ביולוגיים סינתטיים כדי לדווח על פעילות המחלה.
מטרת המחקר
- פיתוח בדיקה לביו-מרקר בשתן סינתטי לאבחון סרטן.
- שיפור הרגישות של זיהוי מחלה באמצעות כלים מולקולריים מהונדסים.
- שימוש בברקודי DNA מיוצבים לזיהוי סימני מחלה מרובים בו-זמנית.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- טכנולוגיית CRISPR-Cas לבדיקת סמנים ביולוגיים.
- ניתוח ex vivo של פעילויות פרוטאזה הקשורות לגידול.
- תכנון של כלי זיהוי תגובתיים המבוססים על מיקרו-סביבות של מחלה.
- שימוש בברקודי DNA מיוצבים כימית לצורך זיהוי אותות.
תוצאות עיקריות
- פיתוח מוצלח של בדיקת סממנים ביולוגיים סינתטיים רב-אנליטים בשתן.
- רגישות משופרת בזיהוי אותות הקשורים למחלה.
- הדגמת יעילותם של סממנים ביולוגיים סינתטיים בדיווח על פעילות מחלה.
- פוטנציאל לאבחון בנקודת הטיפול (point-of-care) לזיהוי סרטן.
מסקנות
- בדיקת הסממן הביולוגי בשתן סינתטי מהווה התקדמות משמעותית באבחון הסרטן.
- כלים מולקולריים מהונדסים יכולים לשפר את מעקב המחלה ואת הטיפול בה.
- גישה זו עשויה להוביל לפתרונות אבחון יעילים יותר בנקודת הטיפול (point-of-care).
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
בדיקת סמנים ביולוגיים במישתן סינתטי באמצעות מספר אנליטים המתווכת על ידי CRISPR-Cas מאפשרת זיהוי רב-מרכיבי (multiplexed) ובעל רגישות גבוהה של פעילות פרוטאוליטית הקשורה למחלה in vivo, ובכך תומכת באבחון מדויק מעבר לבדיקות מסורתיות של נוזלים ביולוגיים. גישה זו נותנת מענה לאתגר של שפע נמוך של אנליטים אנדוגניים על ידי ניצול ננו-חיישנים מהונדסים וברקודי DNA לקבלת תוצאות חסונות ועם פלישה מינימלית. יכולת ההסתגלות של הפלטפורמה והקיבולת שלה לריבוי אנליטים ממצבות אותה כנכס אסטרטגי לגילוי מוקדם, תיקוף מטרות ופיתוח סמנים ביולוגיים תרגומיים באונקולוגיה ובתחומי מחלות מורכבות אחרים.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח של ביו-פארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בדיקה של פעילות פרוטאז הרלוונטית למחלה ישירות במיקרו-סביבה של הגידול.
- תומך בתיקוף תפקודי של מטרה על ידי קישור חתימות פרוטאלייטיות לשכיחות המחלה ולהתקדמותה.
- מסייע בביטחון חיזוי לגבי מעורבות המטרה באמצעות קריאות של ברקודי DNA רב-ערוציים (multiplexed).
סריקה ופיתוח בדיקה (Assay)
- מספק מערכות סינתטיות מאושרות של סמנים ביולוגיים עבור פיתוח בדיקות וזרימות עבודה של סריקה בשלבים הבאים.
- מספק פלטים כמותיים ומולטיפלקס עבור סטנדרטיזציה חזקה של בדיקות ויכולת שחזור.
- מאפשר פלטפורמות אבחוניות ניידות וניתנות להרחבה המתאימות להערכה של תרכובות בתפוקה גבוהה.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתאימה אותות של סמנים ביולוגיים סינתטיים לביולוגיה של המחלה לצורך גילוי סמנים ביולוגיים תרגומיים.
- תומך ברציפות ממודלים פרה-קליניים לאסטרטגיות של סמנים ביולוגיים קליניים באמצעות דגימת שתן זעיר-פולשנית.
- מפחית את העמימות המכניסטית על ידי קישור ישיר בין פעילות מולקולרית למצב המחלה in vivo.
שילוב תהליכי עבודה וצינורות עיבוד
פלטפורמה זו של סמנים ביולוגיים סינתטיים משלבת שלבי גילוי מוקדמים ועד לתיקוף פרה-קליני, ומאפשרת מעבר חלק ממחקרים מכניסטיים לפיתוח סמנים ביולוגיים תרגומיים.
- ביולוגיה של גילוי: מגבירה אותות הקשורים למחלה לצורך בדיקת השערות והבהרת מסלולים ביולוגיים.
- סריקה: מספקת קריאות כמותיות ומרובות (multiplexed) לבדיקת מוכנות ושחזוריות של המסה.
- אנליטיקה: מאפשרת זיהוי רגיש והשוואה של פעילויות פרוטאוליטיות מרובות באמצעות ניתוח ברקוד DNA.
- מחקר תרגומי: מגשרת בין אסטרטגיות של סמנים ביולוגיים (biomarkers) בשלב הפרה-קליני והקליני באמצעות אבחון לא פולשני מבוסס שתן.
- שימוש חוזר ארגוני: מציעה פלטפורמה ניתנת לשינוי ולשימוש חוזר, שניתן להתאימה להקשרי מחלה מגוונים ולפאנלים של סמנים ביולוגיים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ומפחית את הסיכון הביולוגי בתיקוף מטרות ובגילוי סמנים ביולוגיים.
- ערך תפעולי: מייעל ומסטנדרט את תהליכי העבודה של זיהוי רב-ערוצי (multiplexed) ותומך באבחון נייד וניתן להרחבה.
- ערך אסטרטגי: משפר את קבלת ההחלטות לגבי המשך הפיתוח (go/no-go) ואת יעילות ההון על ידי מתן אפשרות לגילוי מוקדם וחזק של סימני מחלה.
- השפעה על תיק הפיתוח: תומך בתעדוף מותאם סיכונים ובקידום תוכניות המונעות על ידי סמנים ביולוגיים.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בביולוגיה סינתטית, במערכות CRISPR-Cas ובפיתוח בדיקות ביו-אנליטיות.
- נדרשת גישה למכשור לזיהוי ברקודי DNA ולקריאת אות המבוססת על CRISPR.
- נדרש סטנדרטיזציה בין-צוותית עבור סינתזה של ננו-חיישנים ופרוטוקולים לאיסוף שתן.
- ניתן להתאמה למודלים פרה-קליניים שונים ולמיקרו-סביבות של מחלות עם תיקוף מתאים.
- מגבלות מעשיות כוללות אופטימיזציה של פרמקוקינטיקה של חלבוני דגל והגברה של אות עבור הקשרים מחלתיים ספציפיים.
