CRISPR-Cas-опосредованный мультианалит синтетический биомаркер мочи для портативной диагностики
8 декабря 2023 г.
Этот протокол описывает CRISPR-Cas-опосредованный мультианалитный синтетический биомаркер мочи, который позволяет диагностировать рак в месте оказания медицинской помощи с помощью анализа активности опухоль-ассоциированной протеазы ex vivo.
Лаборатория сердца разрабатывает молекулярные и клеточные инструменты для точного отслеживания и контроля биологии заболеваний. Мы используем специальную информацию о пораженных тканях для разработки инструментов быстрого обнаружения, визуализации и лечения гетерогенных заболеваний. Биожидкости представляют собой удобную возможность для выявления и оценки заболеваний, но они часто ограничены малым количеством соответствующих аналитов.
В результате, большая часть этой области разрабатывает стратегии по усилению сигналов, связанных с заболеванием, для повышения чувствительности диагностических тестов, таких как BCR и поверхностная плазма на резонансе. Вместо того, чтобы полагаться на эндогенные биомаркеры заболеваний, находящиеся в циркуляции, наш подход использует синтетические биомаркеры для сообщения об активности заболевания при высвобождении из инъекционных наносенсоров. Наши синтетические биомаркеры представляют собой химически стабилизированные штрих-коды ДНК, которые позволяют одновременно обнаруживать несколько сигналов микроокружения заболевания и идентифицировать их с помощью соответствующего штрих-кода.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном протоколе описывается многоаналитный тест на синтетические биомаркеры мочи на основе системы CRISPR-Cas, который позволяет проводить диагностику рака по месту оказания медицинской помощи путем анализа активности протеаз, ассоциированных с опухолью, ex vivo. Лаборатория Heart Lab занимается разработкой молекулярных и клеточных инструментов для точного отслеживания и контроля биологии заболеваний.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Биотехнология
- Диагностика
Теоретическая часть
- Биологические жидкости удобны для диагностики заболеваний, однако их использование часто ограничено низким содержанием соответствующих аналитов.
- Разрабатываются стратегии усиления сигналов, связанных с заболеванием, для повышения чувствительности диагностических тестов.
- Современные методы опираются на синтетические биомаркеры, а не на эндогенные биомаркеры заболевания.
- Введенные наносенсоры высвобождают синтетические биомаркеры для информирования об активности заболевания.
Цель исследования
- Разработка теста на основе синтетических биомаркеров мочи для диагностики рака.
- Повышение чувствительности обнаружения заболеваний с помощью модифицированных молекулярных инструментов.
- Использование стабилизированных ДНК-штрихкодов для одновременного обнаружения нескольких сигналов заболевания.
Используемые методы
- Технология CRISPR-Cas для тестирования биомаркеров.
- Ex vivo анализ активности протеаз, ассоциированных с опухолью.
- Разработка инструментов адаптивного детектирования на основе микроокружения заболевания.
- Использование химически стабилизированных ДНК-штрихкодов для детектирования сигнала.
Основные результаты
- Успешная разработка теста на синтетические биомаркеры мочи для анализа нескольких компонентов.
- Повышение чувствительности при обнаружении сигналов, связанных с заболеванием.
- Демонстрация эффективности синтетических биомаркеров при мониторинге активности заболевания.
- Потенциал применения в диагностике по месту оказания медицинской помощи для выявления рака.
Выводы
- Тест на биомаркеры в синтетической моче представляет собой значительный прогресс в диагностике рака.
- Сконструированные молекулярные инструменты могут улучшить мониторинг заболеваний и их лечение.
- Данный подход может привести к созданию более эффективных диагностических решений для использования непосредственно в месте оказания медицинской помощи.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Тестирование синтетических биомаркеров в моче с помощью системы CRISPR-Cas позволяет проводить высокочувствительную мультиплексную детекцию связанной с заболеванием протеолитической активности in vivo, что расширяет возможности прецизионной диагностики по сравнению с традиционными анализами биожидкостей. Данный подход решает проблему низкой концентрации эндогенных аналитов за счет использования сконструированных наносенсоров и ДНК-штрихкодов для получения надежных результатов при минимально инвазивном вмешательстве. Адаптивность платформы и возможность мультиплексного анализа делают её стратегическим инструментом для раннего обнаружения, валидации мишеней и трансляционной разработки биомаркеров в онкологии и других областях изучения сложных заболеваний.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Позволяет исследовать активность протеаз, имеющих значение для заболевания, непосредственно в микроокружении опухоли.
- Обеспечивает функциональную валидацию мишени путем установления связи между протеолитическими сигнатурами и возникновением и прогрессированием заболевания.
- Повышает прогностическую уверенность в связывании с мишенью благодаря мультиплексному считыванию ДНК-штрихкодов.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает валидированные системы синтетических биомаркеров для разработки последующих методов анализа и рабочих процессов скрининга.
- Предоставляет количественные мультиплексные данные для надежной стандартизации и воспроизводимости анализа.
- Позволяет создавать масштабируемые портативные диагностические платформы, подходящие для высокопроизводительной оценки соединений.
Трансляционные и доклинические исследования
- Сопоставляет сигналы синтетических биомаркеров с биологией заболевания для трансляционного поиска биомаркеров.
- Обеспечивает преемственность от доклинических моделей к стратегиям определения клинических биомаркеров посредством минимально инвазивного забора мочи.
- Снижает механистическую неопределенность за счет прямой связи молекулярной активности с состоянием заболевания in vivo.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данная платформа для синтетических биомаркеров охватывает весь путь от раннего поиска до доклинической валидации, обеспечивая плавный переход от изучения механизмов к разработке трансляционных биомаркеров.
- Поисковая биология: Усиливает сигналы, связанные с заболеванием, для проверки гипотез и уточнения путей передачи сигнала.
- Скрининг: Обеспечивает мультиплексные количественные показатели для оценки готовности и воспроизводимости анализа.
- Аналитика: Позволяет осуществлять высокочувствительное обнаружение и сравнение множества протеолитических активностей с помощью анализа ДНК-штрихкодов.
- Трансляционные исследования: Связывает доклинические и клинические стратегии поиска биомаркеров посредством неинвазивной диагностики по моче.
- Корпоративное повторное использование: Предлагает модифицируемую, многоразовую платформу, адаптируемую к различным контекстам заболеваний и панелям биомаркеров.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает точность прогнозирования и снижает биологические риски при валидации мишеней и поиске биомаркеров.
- Операционная ценность: стандартизирует рабочие процессы мультиплексного детектирования и поддерживает создание масштабируемых портативных систем диагностики.
- Стратегическая ценность: улучшает процесс принятия решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и эффективность использования капитала за счет обеспечения раннего и надежного обнаружения сигналов заболевания.
- Влияние на портфель: поддерживает приоритизацию с учетом рисков и продвижение программ, основанных на использовании биомаркеров.
Особенности реализации
- Требуется экспертный опыт в области синтетической биологии, систем CRISPR-Cas и разработки биоаналитических методов анализа.
- Необходим доступ к приборам для детектирования ДНК-штрихкодов и считывания сигналов на основе CRISPR.
- Требуется междисциплинарная стандартизация синтеза наносенсоров и протоколов сбора мочи.
- Метод адаптируем к различным доклиническим моделям и микросредам заболеваний при условии соответствующей валидации.
- Практические ограничения включают оптимизацию фармакокинетики репортера и усиление сигнала для конкретных контекстов заболеваний.
