Multianalitowy test syntetycznego biomarkera moczu za pośrednictwem CRISPR-Cas do przenośnej diagnostyki
8 grudnia 2023
Ten protokół opisuje wieloanalitowy test syntetycznego biomarkera moczu za pośrednictwem CRISPR-Cas, który umożliwia diagnostykę raka w miejscu opieki nad pacjentem poprzez analizę ex vivo aktywności proteazy związanej z nowotworem.
Heart Lab opracowuje narzędzia molekularne i komórkowe do precyzyjnego śledzenia i kontrolowania biologii chorób. Wykorzystujemy specjalne informacje o chorych tkankach, aby pomóc w projektowaniu responsywnych narzędzi do wykrywania, obrazowania i leczenia zaburzeń heterogennych. Płyny biologiczne stanowią wygodną możliwość wykrywania i oceny chorób, ale często są one ograniczone przez małe ilości odpowiednich analitów.
W związku z tym znaczna część tej dziedziny poszukuje strategii wzmacniania sygnałów związanych z chorobą w celu poprawy czułości testów diagnostycznych, takich jak BCR i plazma powierzchniowa w rezonansie. Zamiast polegać na endogennych biomarkerach chorób w krążeniu, nasze podejście wykorzystuje syntetyczne biomarkery do raportowania aktywności choroby po uwolnieniu z wstrzykniętych nanoczujników. Nasze syntetyczne biomarkery to chemicznie stabilizowane kody kreskowe DNA, które pozwalają na jednoczesne wykrywanie wielu sygnałów mikrośrodowiskowych choroby i identyfikację za pomocą odpowiedniego kodu kreskowego.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy protokół opisuje test syntetycznego biomarkera w moczu z wieloma analizatami, oparty na systemie CRISPR-Cas, który umożliwia diagnostykę nowotworów w punkcie opieki (point-of-care) poprzez analizę ex vivo aktywności proteaz związanych z guzami. Heart Lab projektuje molekularne i komórkowe narzędzia służące do precyzyjnego śledzenia i kontrolowania biologii chorób.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Biotechnologia
- Diagnostyka
Wstęp
- Płyny biologiczne są wygodne w wykrywaniu chorób, lecz często ograniczają je niskie ilości istotnych analitów.
- Opracowywane są strategie wzmacniania sygnałów związanych z chorobą w celu poprawy czułości testów diagnostycznych.
- Obecne metody opierają się na syntetycznych biomarkerach, a nie na endogennych biomarkerach choroby.
- Wstrzykiwane nanoczujniki uwalniają syntetyczne biomarkery w celu raportowania aktywności choroby.
Cel badania
- Opracowanie testu z syntetycznym biomarkerem moczu do diagnostyki nowotworów.
- Zwiększenie czułości wykrywania chorób poprzez zastosowanie zaprojektowanych narzędzi molekularnych.
- Wykorzystanie stabilizowanych kodów kreskowych DNA do jednoczesnego wykrywania wielu sygnałów chorobowych.
Zastosowane metody
- Technologia CRISPR-Cas w badaniach nad biomarkerami.
- Analiza ex vivo aktywności proteaz związanych z nowotworami.
- Projektowanie responsywnych narzędzi detekcyjnych opartych na mikrośrodowiskach chorobowych.
- Zastosowanie chemicznie stabilizowanych kodów kreskowych DNA do detekcji sygnału.
Główne wyniki
- Pomyślne opracowanie wieloanalitycznego testu biomarkerów w syntetycznym moczu.
- Poprawa czułości w wykrywaniu sygnałów związanych z chorobą.
- Wykazanie skuteczności syntetycznych biomarkerów w raportowaniu aktywności choroby.
- Potencjał do zastosowania w diagnostyce przy łóżku pacjenta (point-of-care) w wykrywaniu nowotworów.
Wnioski
- Test biomarkerów w syntetycznym moczu stanowi znaczący postęp w diagnostyce nowotworów.
- Projektowane narzędzia molekularne mogą usprawnić monitorowanie przebiegu choroby i leczenie.
- Takie podejście może doprowadzić do opracowania bardziej skutecznych rozwiązań diagnostycznych w miejscu opieki nad pacjentem (point-of-care).
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Wieloparametryczne badanie biomarkerów w syntetycznym moczu z wykorzystaniem systemu CRISPR-Cas umożliwia wysokoczułe, multipleksowe wykrywanie aktywności proteolitycznej powiązanej z chorobą in vivo, wspierając diagnostykę precyzyjną wykraczającą poza tradycyjne analizy płynów ustrojowych. Podejście to rozwiązuje problem niskiej endogennej zawartości analitów poprzez wykorzystanie zaprojektowanych nanoczujników i kodów kreskowych DNA w celu uzyskania wiarygodnych, małoinwazyjnych odczytów. Adaptacyjność i zdolność do multipleksowania tej platformy sprawiają, że jest ona strategicznym narzędziem we wczesnym etapie odkrywania, walidacji celów oraz translacyjnego opracowywania biomarkerów w onkologii i innych obszarach złożonych schorzeń.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Umożliwia badanie aktywności proteaz istotnych dla choroby bezpośrednio w mikrośrodowisku guza.
- Wspiera funkcjonalną walidację celu poprzez powiązanie sygnatur proteolitycznych z zapadalnością i progresją choroby.
- Ułatwia określenie wiarygodności predykcyjnej w zakresie angażowania celu dzięki multipleksowym odczytom kodów kreskowych DNA.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Zapewnia zwalidowane syntetyczne systemy biomarkerów do późniejszego opracowywania testów i przepływów przesiewowych.
- Dostarcza ilościowe, multipleksowe wyniki w celu zapewnienia solidnej standaryzacji i powtarzalności testów.
- Umożliwia tworzenie skalowalnych, przenośnych platform diagnostycznych odpowiednich do wysokoprzepustowej oceny związków.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Umożliwia dopasowanie sygnałów syntetycznych biomarkerów do biologii choroby w celu translacyjnego odkrywania biomarkerów.
- Zapewnia ciągłość przejścia z modeli przedklinicznych do klinicznych strategii biomarkerowych poprzez małoinwazyjne pobieranie próbek moczu.
- Zmniejsza niejednoznaczność mechanistyczną poprzez bezpośrednie powiązanie aktywności molekularnej ze stanem choroby in vivo.
Integracja potoku i przepływu pracy
Ta platforma syntetycznych biomarkerów integruje procesy od wczesnego etapu odkrywania po walidację przedkliniczną, umożliwiając płynne przejście od badań mechanistycznych do translacyjnego opracowywania biomarkerów.
- Biologia odkrywcza: Wzmacnia sygnały związane z chorobą w celu weryfikacji hipotez i wyjaśnienia szlaków sygnałowych.
- Przesiewanie: Zapewnia multipleksowe, ilościowe odczyty w celu oceny gotowości i powtarzalności testu.
- Analityka: Umożliwia czułe wykrywanie i porównywanie wielu aktywności proteolitycznych za pomocą analizy kodów kreskowych DNA.
- Badania translacyjne: Łączy przedkliniczne i kliniczne strategie biomarkerów poprzez nieinwazyjną diagnostykę opartą na moczu.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje modyfikowalną, wielokrotnego użytku platformę, którą można dostosować do różnych kontekstów chorobowych i paneli biomarkerów.
Wpływ operacyjny i organizacyjny
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i zmniejsza ryzyko biologiczne w walidacji celów terapeutycznych oraz odkrywaniu biomarkerów.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje przepływy pracy w detekcji multipleksowej i wspiera skalowalną, przenośną diagnostykę.
- Wartość strategiczna: Poprawia proces podejmowania decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) oraz efektywność kapitałową poprzez umożliwienie wczesnego, wiarygodnego wykrywania sygnałów chorobowych.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację skorygowaną o ryzyko oraz rozwój programów opartych na biomarkerach.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy specjalistycznej w dziedzinie biologii syntetycznej, systemów CRISPR-Cas oraz opracowywania analiz bioanalitycznych.
- Wymaga dostępu do aparatury do detekcji kodów kreskowych DNA oraz odczytu sygnałów opartych na CRISPR.
- Wymaga standaryzacji międzyzespołowej w zakresie syntezy nanoczujników i protokołów pobierania moczu.
- Możliwość adaptacji do różnych modeli przedklinicznych i mikrośrodowisk chorobowych po odpowiedniej walidacji.
- Ograniczenia praktyczne obejmują optymalizację farmakokinetyki reporterów oraz amplifikację sygnału dla konkretnych kontekstów chorobowych.
