Menü
FELÜL: © The Scientist Staff
Ismerjük a régi mondást: a szükség a találmányok anyja. Nos, 2020 megmutatta nekünk, hogy egy globális világjárvány egy komoly anya. Top 10 innovációs versenyünk jellemzően a laboratóriumi technológiákra összpontosít, olyan eszközökre, amelyeket az alapvető biológia rejtelmeinek feltárására terveztek. De ahogy a biológusok a SARS-CoV-2 megértése felé fordították tekintetüket, az innovációs tájkép ennek megfelelően megváltozott, új eszközöket fejlesztettek ki, és a meglévő technológiákat a világjárvány kezelésére alakították át. Ezért a The Scientist idei éves versenye olyan találmányokat tartalmaz, amelyek célja a COVID-19 probléma megértése és végső soron megoldása.
Független zsűritagjaink a 2020-as év 10 legjobb innovációja közé választották az alapvető laboratóriumi technológiákat – például egy egysejtű proteom-elemzőt és egy asztali génszintetizálót -, valamint a pandémiára összpontosító termékeket, köztük egy gyors COVID-19 tesztet, egy olyan eszközt, amely képes a lábadozó koronavírusos betegek vérplazmájából antitest-profilokat rögzíteni, valamint egy platformot a SARS-CoV-2 felszínét borító spike fehérje glikánjainak jellemzésére. A kiváló pályázatok között olyan erős volt a verseny, hogy az idei Top 10-ben – néhány holtversenynek köszönhetően – valójában 12 termék szerepel.
Milyen kihívást jelentett is 2020 mindannyiunk számára, ez a viharos év ígéretes termékeket és megközelítéseket hozott a biológia összetett világának felderítésére. És ami ennél is fontosabb, 2020 megmutatta, hogy a tudományos közösség, ha közös problémával szembesül, képes felnőni a kihíváshoz, és összefogni az újbóli összpontosítás, a kutatás és az innováció érdekében. A The Scientist itt mutatja be azokat az eszközöket és technológiákat, amelyek az idei Top 10 innovációt alkotják.
Március végén az AbCellera biotechnológiai cég 40 kutatóval tartott egy hívást, amelyen áttekintették a SARS-CoV-2 elleni potenciális antitestekről gyűjtött adatokat. Az AbCellera nagy áteresztőképességű mikrofluidikai és egysejtes elemző eszközeivel a COVID-19-es betegek mintáinak vizsgálatához a cég csapata megfejtette a betegség kezelésére alkalmas antitestek százait kódoló genetikai szekvenciákat. Az összes adat kézzel történő átvizsgálása azonban fárasztó volt, ezért a csapat betáplálta azokat a Celiumba, egy olyan adatvizualizációs eszközbe, amely több mint egymillió kiváló minőségű adatpontot keresztez ezen antitestekkel kapcsolatban, hogy feltárja, melyek azok, amelyek a betegeknél a legjobban működhetnek potenciális terápiaként. Valós időben, a hívás során a kutatók a Celiumot arra használták, hogy megvizsgálják ezeket az összefüggéseket, és megtalálják a LY-CoV555 antitestet, amely hónapokkal később a COVID-19 lehetséges kezeléseként bekerült a klinikai vizsgálatokba – mondja Maia Smith, az AbCellera adatvizualizációért felelős vezetője és a Celium megalkotója. “Azt hiszem, ez mindent elmond.”
Előtte, hogy a Celium 2017-ben piacra került, az AbCellera-val antitestek felkutatásán dolgozó tudósok olyan bonyolult adattáblákat kaptak vissza, amelyekben nehéz volt navigálni, és nehéz volt tudni, hol kezdjék, mondja Smith. A Celium használatával az adatok vizuális formában jelennek meg, és az eszköz “segít azonosítani a megfelelő molekulát” – mondja Fernando Corrêa, a kaliforniai Palo Altóban található Kodiak Sciences fehérjemérnöke a The Scientistnek. Ő az AbCellera partnereként a retinabetegségek kezelésére szolgáló antitestek azonosításában dolgozik, és azt mondja, hogy a vállalat mikrofluidikai, egysejtes analízisből és adatvizualizációs eszközből álló csomagja “felhasználóbarát módon egyszerűsíti az antitestek felfedezésének folyamatát.”
KAMDAR: “Az AbCellera válasza a világjárványra aláhúzza a Celium platform valódi erejét a biológia és az AI metszéspontjában, hogy villámgyorsan új antitest felfedezéseket tegyen.”
Abbott ID NOW COVID-19 teszt
A 2014 óta, Az Abbott ID NOW rendszere segített az orvosoknak az influenza A és B, a streptococcus A, a légúti szinciális vírus (RSV) és legutóbb a SARS-CoV-2 kimutatásában, kevesebb mint 15 perc alatt. A kenyérpirító méretű készülék úgy működik, hogy az orrmintákat savas oldatban melegíti, amely felnyitja a vírusok burkát, és így feltárja az RNS-üket, amelyet az ID NOW állandó hőmérsékleten felerősít a PCR-gépek által használt fűtési és hűtési ciklusok helyett. A COVID-19 ID NOW teszt, amely március végén kapta meg az amerikai Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hatóság sürgősségi engedélyét, az egyik első olyan teszt volt, amely az amerikai nyilvánosság számára is elérhető volt.
Norman Moore, az Abbott fertőző betegségekkel foglalkozó tudományos igazgatója szerint a teszt rövid átfutási ideje kritikus fontosságú a vírusok terjedésének megállítása szempontjából. “A legfertőzőbb a korai szakaszban – és ha nem kapjuk meg az eredményt ilyen időben, mit segít, ha két héttel később jön vissza a molekuláris teszt?” – mondja a The Scientistnek.
Mivel több mint 23 000 ID NOW készüléket használnak az Egyesült Államokban, főként sürgősségi klinikákon és gyógyszertárakban, Moore szerint csapata a platformmal kompatibilis teszteket fejleszt más fertőző betegségekre, például szexuális úton terjedő fertőzésekre.
J.D. Zipkin, a GoHealth Urgent Care főorvosa, aki a San Franciscó-i nemzetközi repülőtérrel kötött partnerséget az ID NOW COVID-19 teszt beadására az utazóknak, a tesztet a játék megváltoztatásának nevezi. ” Fogtunk egy olyan platformot, amely már nagyon jó a nagyon specifikus betegségállapotok kimutatására, és alkalmaztuk a legnagyobb járványügyi szükségletre, amellyel ebben az országban rendelkezünk” – mondja.
Az ID NOW platform ára 4500 dollár, és minden egyes COVID-19 teszt 40 dollárba kerül.
CRUICKSHANK-QUINN: “Az a képesség, hogy a COVID-19 teszt eredményét egy torok- vagy orrtamponból kevesebb mint 15 perc alatt megkapjuk, lehetővé teszi a kórházak, iskolák vagy bármely más intézmény számára, hogy gyorsan teszteljék a személyeket, hogy meghatározzák azokat, akiknek otthon önizolálásra lenne szükségük. Mivel könnyű és hordozható, terepen és mobil helyszíneken, például autós tesztelőhelyeken is használható.”
BioLegend TotalSeq™-C Human Universal Cocktail v1.0
A New York Genome Center kutatói 2017-ben publikáltak egy új, CITE-seq nevű megközelítést, amely lehetővé teszi a tudósok számára, hogy az egysejtes transzkriptomika elvégzésével egyidejűleg értékeljék az egyes sejtekben lévő fehérjéket. A CITE-seq úgy működik, hogy az antitesteket oligonukleotidokhoz kapcsolja, amelyeket végül szekvenálni lehet, hogy kiderüljön, hogy a célfehérjék jelen voltak-e, és kapcsolódtak-e a megfelelő antitestekhez. A BioLegend élettudományi vállalat licencelte a CITE-seq-et, és kifejlesztette a TotalSeqTM-C Human Universal Cocktail v1.0-t, egy 130 oligóval összekapcsolt antitestből álló gyűjteményt az egyes sejtek sejtfelszíni fehérjéinek tömeges szűrésére, a 10X Genomics egysejtes szekvenáló platformján való használatra.
A megjelölt fehérjék vizuális értékelésén alapuló proteomikai megközelítésekkel ellentétben “már nincs elméleti korlátja annak, hogy hány fehérjét lehet ,” mondja Kristopher “Kit” Nazor, a BioLegend proteogenomikai vezetője, hozzátéve, hogy a vállalat már dolgozik a koktélban szereplő antitestek számának bővítésén. “Ez jelentősen megnöveli az elfogulatlan felfedezés lehetőségét.”
“Ez több szempontból is úttörő” – mondja Alexandra-Chloé Villani immunológus és genomikus a Massachusetts General Hospital, a Harvard Medical School, valamint az MIT és a Harvard Egyetem Broad Institute-jának munkatársa. Sok kutatóhoz hasonlóan Villani, aki a Human Cell Atlas immunsejt szegmensének egyik koordinátora, idén a COVID-19 tanulmányozására fordult. A BioLegend koktélját, amelyet augusztus elején vezettek be, és amelynek ára öt egyszer használatos fiola esetén 5350 dollár, már felhasználta közel 300 olyan beteg vérmintájának elemzéséhez, akik SARS-CoV-2-re pozitívak voltak.
“Amikor a felszíni fehérje és az RNS ugyanabban a sejtben van, ez valóban segít nekünk abban, hogy pontosabb meghatározást kapjunk a fertőzésre adott válaszban részt vevő immunsejtekről” – mondja Villani. “Valójában sok kollégát ismerek az Egyesült Államokban és Európában, akik ugyanazt a panelt használták a COVID-kohortjaik elemzésére… ami azt jelenti, hogy össze tudjuk majd kapcsolni az összes adatunkat és össze tudjuk majd hasonlítani. És ez hihetetlen.”
MEAGHER: “Ez az újgenerációs szekvenálás, mint a szekvencia-vonalkódok digitális leolvasása és az egysejtes vonalkódolási technológia igazán szép egyesítése, amely lehetővé teszi az egysejtes kvantitatív proteomikát.”
Seven Bridges GRAF™
A humán referencia genom 2013-as közzététele óriási előrelépés volt a biológia számára, de ami az emberiség tényleges képviseletét illeti, eléggé elmaradt attól. A genomunk tele van olyan variánsokkal, amelyek nincsenek jelen a referenciagenomban, amelyet egy kis számú, elsősorban európai származású egyénekből vett mintából állítottak össze. Az emberi genetikai sokféleség figyelembevételére a Seven Bridges bioinformatikai cég kifejlesztett egy GRAF nevű genomikai elemző platformot, amely megpróbálja a genetikai szekvenciák minden lehetséges iterációját figyelembe venni egy adott lokuszon. Az így kapott GRAF/Pan Genome Reference nem egy lineáris referenciaszekvencia, hanem a genom egyes pontjain ismert variánsok grafikonja. Amikor a genomokat a GRAF-referenciához igazítják, a deléciók, inszerciók, egynukleotid-polimorfizmusok vagy egyéb variációk ezért nem maradnak ki, mint ahogyan a lineáris referencia-genomhoz igazításkor előfordulhat.
A Seven Bridges azzal a céllal, hogy növelje az alulreprezentált csoportok jelenlétét a genomikai kutatásban, júniusban bejelentette, hogy a GRAF csíravonal-variánsfelderítési munkafolyamatához és a GRAF/Pan Genome Reference-hoz való hozzáférés ingyenes lesz a tudományos kutatók számára. “Ez az első olyan termelési szintű munkafolyamat, amely beépíti az ősökre vonatkozó információkat és az emberi genom diverzitását, hogy jobb variánshívásokat és összehangolást biztosítson” – mondta a vállalat tudományos vezetője, Brandi Davis-Dusenbery.
“A remény az, hogy azáltal, hogy az elemzésben figyelembe vesszük ezt a komplexitást, olyan dolgokat látunk majd, amelyek eddig kimaradtak” – mondta Bruce Gelb, az Icahn School of Medicine at Mt. Sinai Mindich Child Health and Development Institute igazgatója. “Ez az ötlet már néhány éve felmerült, de a Seven Bridges munkáját megelőzően senki nem valósított meg olyan grafikonalapú megközelítést, amely praktikus lenne. Ők az elsők, akik ezt megtették.”
Gelb a GRAF platformot a veleszületett szívhibákkal kapcsolatos variánsok keresésére használja, és összehasonlítja ezeket a variánsokat azzal, ami a hagyományos szekvenciaelemzések során előkerül. Azt mondja, eddig úgy tűnik, hogy a GRAF azonosít néhány olyan variánst, amelyeket egyébként figyelmen kívül hagytak volna.”
CRUICKSHANK-QUINN: “Az a tény, hogy a Seven Bridges GRAF szabadon hozzáférhetővé válik az akadémiai intézmények számára, minden bizonnyal megnyitja az utat a precíziós orvoslás felé, mivel lehetővé teszi a kutatás előrehaladását az alulreprezentált populációkban anélkül, hogy az akadémiai kutatók költségekkel küzdenének.”
OXGENE TESSA
A génterápiák betegek sejtjeibe juttatásának központi kihívása az adeno-asszociált vírus (AAV) előállításának költsége, amely az érdeklődésre számot tartó gének gyakori vektora, mondja Ryan Cawood, az OXGENE brit székhelyű biotechnológiai vállalat vezérigazgatója. “Az első AAV-génterápiás termék, amelyet az EU-ban engedélyeztek, adagonként egymillió fontba került” – mondja. “Ha olyan betegséget akartunk kezelni, amelyet emberek ezreinél alkalmazhattunk volna, egyszerűen nem tudtunk volna elegendő mennyiséget előállítani olyan költséggel, amely életképessé tette volna.”
Cawood szerint jelenleg a tenyésztett emberi sejtek tételeit több plazmiddal transzfektálják, hogy egy kiválasztott gént tartalmazó AAV-vektorok előállítására késztessék őket. A plazmidok előállítása azonban drága, és a transzfekciós folyamat nem túl hatékony. Ezzel szemben az adenovírusokkal való fertőzés természetes módon indukálja a sejteket az AAV-ok replikációjának aktiválására. A probléma az, hogy az adenovírusok önmagukat is replikálják, és szennyezik a keletkező AAV-terméket. Ennek a problémának a kiküszöbölésére az OXGENE kifejlesztett egy genetikai kapcsolót, amely leállítja az adenovírus aktivitását a sejten belüli életciklusa felénél, így a sejtet arra programozza, hogy AAV-részecskéket termeljen, de ne adenovírust. “Amikor a vírus bemegy a sejtbe, csak AAV jön ki; az adenovírusból nem jön ki többé” – mondja Cawood. A vállalat szeptemberben kezdte el értékesíteni a TESSA-nak nevezett, kutatási célú vírusvektorát, és jövőre tervezi a klinikai célú anyag forgalmazását – teszi hozzá. A kutatási minőségű vektor ára 5000 fontnál kezdődik, és a megfertőzendő sejttétel nagyságától függ.”
BLAINEY: “Támogatja a génterápiák fordítását. Demonstrálja a biológiai mérnöki munka biotechnikai értékét.”
Codex DNA BioXp™ 3250 rendszer
A Codex DNA biotechnológiai cég 2020 augusztusában hozta forgalomba a BioXp™ 3250 rendszert a 2014-ben megjelent BioXp™ 3200 utódjaként. Az igény szerinti DNS-összeszerelésre és -amplifikációra szolgáló automatizált platform lehetővé teszi a kutatók számára, hogy minden eddiginél gyorsabban szintetizáljanak géneket és genomokat, ami felgyorsíthatja a vakcinák, diagnosztikumok és kezelések fejlesztését – mondta Peter Duncan, a Codex DNA termékmenedzsment igazgatója. A berendezés használható rákos sejteken vagy különböző fertőző ágenseken, köztük a SARS-CoV-2-n.
A BioXp™ 3250 vagy elődje nélkül a DNS-fragmentumokat, klónokat vagy teljes genomokat szintetizálni kívánó laboratóriumoknak el kell küldeniük a mintákat harmadik fél által történő feldolgozásra. Amellett, hogy a szállítással is foglalkozniuk kell, ez a feldolgozás hetekig vagy hónapokig is eltarthat. A 100 000 dollárba kerülő BioXp™ 3250 segítségével akár 7000 bázispár hosszúságú DNS-szekvenciákat is össze lehet állítani néhány nap alatt, egy gombnyomással.
Ahelyett, hogy a számítógépen kellene genetikai szkriptet kódolni az egyes kísérletekhez, az ügyfelek megrendelhetnek egy modult, amely körülbelül két nap alatt készen érkezik. A modulon egy vonalkód található, amely tartalmazza az összes szükséges információt; amikor a készülék beolvassa, feltöltődnek a kívánt DNS szintézisére vonatkozó utasítások. Duncan szerint a labortechnikusnak csupán be kell helyeznie a modult a készülékbe, és meg kell nyomnia a start gombot.
“A BioXp lehetővé tette számunkra, hogy egyszerű szubklónozási lépéseket végezzünk kéz nélkül” – mondja Mark Tornetta, a Tavotek Biotherapeutics Biologics Discovery alelnöke a The Scientistnek küldött e-mailben, és leírja, hogyan használja a labor a készüléket NGS könyvtárak létrehozására. “Mindezen módszerek BioXP-n történő elvégzésével időt és költséget takarítunk meg.”
BLAINEY: “A génszintézis demokratizálása azáltal, hogy a képességet az egyes laboratóriumokban helyezzük el a gyorsabb átfutási idő és az alacsonyabb költségek érdekében nagy áteresztőképesség mellett.”
IsoPlexis Single-Cell Intracellular Proteome
.png)
Az IsoPlexis Single-Cell Intracellular Proteome megoldása a Caltech több laboratóriumából nőtt ki, amelyek mindannyian jobb módszereket kerestek a fehérje-fehérje kölcsönhatások
megfigyelésére a rákos sejtekben, célzott kezelések kifejlesztése céljából. Az olyan hagyományos módszerekkel, mint a Western blot, a tömegspektrometria és az áramlási citometria, egy adott időpontban csak néhány fehérjetípust lehet nyomon követni. Az Isoplexis júliusban bevezetett rendszerével a kutatók 30 vagy több fehérjeútvonalat is nyomon tudnak követni, és az eredmények még aznap rendelkezésre állnak.
A korábbi technológiával a foszforilációt használták az egyes fehérjék funkciójának azonosítására, és nem volt rálátás arra, hogyan működnek együtt. A Single-Cell Intracellular Proteome ugyanígy feltárja a funkciót, de képes a teljes fehérje jelátviteli útvonalak kontextusát is megadni, feltárva, hogyan működik a hálózat egésze.
A sejtek útvonalainak teljes hálózatát megismerve a kutatók jobban megérthetik az aberrált sejtek downstream hatásait, mondja Sean Mackay, az IsoPlexis vezérigazgatója és társalapítója. Hozzáteszi, hogy a rákos megbetegedések esetében ez a megközelítés segít a célzott kezelések, például az antitestterápiák vagy a kismolekulás gyógyszerek hatékonyságának értékelésében.
“Az ilyen útvonalak alapvetően meghatározzák, hogyan aktiválódnak a sejtek, különösen fontos a rák esetében, ahol az aktivált foszfoprotein jelátvitel nemcsak a rák egyik jellemzője” – mondja James Heath, aki nyolc évvel ezelőtt a Caltech laboratóriumát vezette, amely a technológiát létrehozta, “hanem a célzott gátlók egyik fő célpontja is”.”
MEAGHER: “A Single-Cell Intracellular Proteome megoldás innovatív mikrofluidikát használ, hogy a jól bevált ELISA-kémia kinézetét az egyes sejtek szintjére csökkentse.”
GigaGen Surge
A tudósok az ún. intravénás immunglobulint (IVIG) immunhiányos vagy immunszupprimált betegek kezelésére, valamint lábadozó plazmát fertőző betegségek kezelésére több mint egy évszázada. A plazma pedig egyike a számos kezelésnek, amelyet most a COVID-19 esetében is kipróbálnak. A donorokból vett biológiai minták azonban nem a legszabványosabb terápiák. Lépjen be a GigaGen Surge platformja, amely egysejtes szekvenálást használ a véradókból származó antitestek könyvtárainak “befogására és újraalkotására”. E könyvtárak létrehozásához a vállalat a donorok vérmintáit a Surge platformon futtatja át, hogy az egyes antitesteket termelő B-sejteket mikrocseppekbe izolálja, és kivonja az antitesteket kódoló RNS-t. Ezekből a genetikai szekvenciákból létre tudják hozni az adott személy immunrendszerének “tervrajzát” – mondja David Johnson, a GigaGen vezérigazgatója.
A vállalat kutatói ezután kiválasztanak néhányat ezekből az antitestekből, hogy emlőssejtekben létrehozzák a rekombináns antitestkezelést, amely – in vitro kísérletek és állatmodelleken végzett tesztek alapján – sokkal hatásosabb, mint a lábadozó plazma vagy az IVIG. A GigaGen jelenleg nem tervezi a Surge értékesítését, hanem a platformot a rákos megbetegedések, az immunhiányos betegségek és legutóbb a COVID-19 kezelésének kifejlesztésére használja. A GigaGen reméli, hogy 2021 elején megkezdheti a klinikai vizsgálatokat a COVID-19 kezelésével, amely 16 donortól származó több mint 12 500 antitestet használ. Johnson szerint a Surge célja, hogy “szétszedje az immunrendszer összetettségét”, majd a legerősebb választ kiváltó antitestkezelést testre szabja.
Fred és Vicki Modell, akik a Jeffrey Modell Alapítványt alapították, miután fiuk, Jeffrey 15 évesen meghalt az elsődleges immunhiány szövődményei miatt, azt mondják, hogy alternatívát kerestek az IVIG helyett, amely néha hiánycikk, és sok betegnél mellékhatásokhoz vezethet. ” a legnagyobb ajándékot adják – reményt adnak a betegeknek” – mondja Fred Modell.”
CRUICKSHANK-QUINN: “Az egysejtes emulziós csepp mikrofluidikai technológia, a genomika és a fehérje könyvtártervezés kombinálásával ez az antitest gyógyszeres terápia, ha sikeres lesz, forradalmasíthatja a COVID-19 kezelését, valamint számos más betegség kezelését.”
10X Genomics Chromium Single Cell Multiome ATAC + Gene Expression
Pár évvel ezelőtt, A 10X Genomics bevezetett egy ATAC-seq nevű vizsgálatot, amelynek célja a nyitott kromatin régiók azonosítása egyetlen sejtben; a termék helyet kapott a The Scientist 2019-es Top 10 innovációja között. Laura DeMare termékmarketing-menedzser szerint nem telt el sok idő, és az ügyfelek máris többért kiáltottak, a következő visszajelzésekkel: “”Ez nagyszerű, de nagyon szeretnénk, ha a génexpressziós információkat és az ATAC-seq információkat ugyanabban a sejtben kapnánk meg”. Szeptemberben a 10X bevezette a Chromium Single Cell ATAC + Gene Expressiont, amely epigenetikai és génexpressziós adatokat is gyűjt az egyes sejtmagokból.
A platform minden egyes sejtmagból DNS-vonalkóddal jelöli az mRNS-t és a nyitott kromatinfragmentumokat, magyarázza DeMare, majd a nukleinsavakat felerősítik és elemzik. “Elkezdhetjük ténylegesen összekapcsolni, hogy a genom mely szabályozó elemei kapcsolják be vagy ki a géneket” – mondja. Reakciónként körülbelül 2400 dollárba kerülnek a reagensek és a mikrofluidikai chip.
Ansu Satpathy, a Stanford University School of Medicine immunológusa, az ATAC-seq kódolójának, Howard Changnak egykori posztdoktora a The Scientistnek elmondta, hogy az új próbát a T-sejtek kimerülésével kapcsolatos epigenetikai változások hatásainak vizsgálatára használja daganatos betegekből biopsziázott tumormintákban. Amikor kimerülnek, a T-sejtek kevésbé hatékonyan küzdenek a rák ellen, és “amit most az RNS és az ATAC módszerrel kombinálva csinálunk, az az, hogy megkérdezzük: hogyan szabályozzák az egyes molekuláris kapcsolók azokat a géneket, amelyek a sejtben ehhez a diszfunkcionális eredményhez vezetnek?”. Satpathy szerint.
KAMDAR: “Ez a megközelítés először teszi lehetővé az epigenom és a transzkriptom egyidejű profilalkotását ugyanabból az egyetlen sejtből, ami lehetővé teszi a sejtek működésének jobb megértését.”
10X Genomics Visium Spatial Gene Expression Solution
Az elmúlt évek során az egysejtes transzkriptomika rengeteg génexpressziós információt szolgáltatott az egyes sejtekről és sejttípusokról. Most a 10X Genomics továbbfejleszti a térbeli transzkriptomika újabb technológiáját, amely teljes transzkriptom adatokat szolgáltat egyetlen vagy néhány sejtről, és pontosan megmutatja, hogy egy szövetmintában hol zajlik a génexpresszió. A 2019 októberében bevezetett Visium Spatial Gene Expression Solution a szövetmintán belül 5000 helyen 55 mikrométeres területeket tesz ki mRNS-kötő oligonukleotidoknak, és az így kapott génexpressziós adatokat szövettani képekkel fedi le.
A technológiát a svéd Spatial Transcriptomics vállalat fejlesztette ki és forgalmazta eredetileg, amelyet a 10X Genomics 2018-ban felvásárolt. Ezután a 10X továbbfejlesztette a terméket, mielőtt tavaly piacra dobta a Visiumot. A Visium Spatial Gene Expression Solution, amelyet mintánként 1000 dollárért árulnak, kisebb és sűrűbb foltokat tartalmaz – és ötször többet -, mint amikor a vállalat megörökölte, mondja Nikhil Rao, a 10X Genomics térbeli platform stratégiai marketingigazgatója. Ez növeli a felbontást, magyarázza. “A vizsgálat érzékenységét is drámai mértékben javítottuk, így foltonként több tízezer egyedi molekuláris azonosítót tudunk felvenni.”
Rao szerint a Visium felhasználói közül sokan az idegtudományokra összpontosítanak, például neurodegeneratív betegségeket tanulmányoznak. De a terméket a fejlődésbiológiában, az onkológiában és az immunológiában is használják. A Johns Hopkins Egyetem számítógépes biológusa, Elana Fertig a Visiumot arra használta, hogy megértse, hogyan tud a rák ellenállni a kezelésnek. “Azáltal, hogy rendelkezünk ezeknek a sejteknek a térbeli információival, valóban kideríthetjük azokat a molekuláris mechanizmusokat, ahol közvetlenül kölcsönhatásba lépnek, mert láthatjuk, hogy a sejtek fizikailag kölcsönhatásba lépnek-e” – magyarázza.”
MEAGHER: “Ez egy újabb határterület a biológiában: nem csak egysejtes vagy néhány sejtes génexpresszió, hanem most már néhány sejt szintjén is térbeli felbontású génexpressziós adatokat gyűjtünk.”
Inscripta, Inc. Onyx™ Digital Genome Engineering Platform
Míg a CRISPR-alapú genomszerkesztés világszerte széles körben használt technikává vált a laboratóriumokban, vannak olyan kutatási kérdések, amelyek olyan mértékű nukleotid-bütykölést igényelnek, amely egyes laboratóriumok számára nehézkes, sőt, tiltott lehet. Az Inscripta Inc. Onyx™ Digital Genome Engineering Platformja megoldást kínál – teljesen automatizált genomszerkesztési könyvtárakat több százezer egyedi szerkesztéssel a mikrobiális genomokban. A 2019 októberében piacra dobott, 347 000 dollárért megvásárolható benchtop készülék lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy a kívánt variánsokat az E. coli baktériumok és az S. cerevisiae élesztő DNS-ébe ültessék, a műszer pedig gondoskodik a többiről.
A platform mindent egyesít a szerkesztési folyamat optimalizálására szolgáló algoritmusoktól kezdve a sejtek kezelését szolgáló mikrofluidikán át magukig a reagensekig. “A biológusoknak többé nem kell aggódniuk a technikai optimalizálás miatt, és mostantól bármilyen biológiai problémával foglalkozhatnak” – mondja Nandini Krishnamurthy, az Inscripta alkalmazásfejlesztési alelnöke.
Shelley Copley, a University of Colorado Boulder molekuláris biológusa az Onyx egyik korai tesztelője. Arra használja, hogy megvizsgálja a szinonim mutációk – vagyis azok, amelyek nem változtatják meg a keletkező fehérjét – fitneszre gyakorolt hatását E. coliban. “A nagy áteresztőképességű része kritikus fontosságú ahhoz, hogy ezzel foglalkozni tudjunk” – mondja. Ahelyett, hogy minden egyes vizsgálni kívánt mutációt egyesével próbálna létrehozni, az Onyx lehetővé teszi Copley számára, hogy mind az 50 000 variánst létrehozza. Csapata ezután rögtön rátérhet a fitneszvizsgálatokra. “Nem ismerek más technológiát, amely képes erre.”
KAMDAR: “A CRISPR nagy teljesítményű eszköz a genomok szerkesztésére, és olyan funkcionális értékeléseket tesz lehetővé, amelyek megvilágítják az ok-okozati összefüggéseket és javítják a genombiológia megértését. Ezek az eredmények azonban nem érhetők el számos technikai és méretezhetőségi kihívás leküzdése nélkül. Ezt teszi lehetővé az Onyx Digital Genome Engineering Platform.”
MOBILion SLIM
John McLean, a Vanderbilt Egyetem bioanalitikai vegyésze pontosan tudni akarja, hogy mi van egy gázpamacsban, egészen a párologtatott vér- vagy szövetminta utolsó lipidmolekulájáig. Évek óta használja a tömegspektrometriát a mintában lévő vegyületek tömeg szerinti katalogizálására. Előfordul, hogy különböző molekulák tömege és atomösszetétele megegyezik, így nehéz megkülönböztetni őket. Az ionmobilitás elválasztás során a gázmintákat méteres csöveken vezetik végig, hogy a molekulákat alak és szerkezet szerint megkülönböztessék, megkerülve a tömegproblémát. Mivel azonban a technikát évtizedekkel ezelőtt tervezték, nem érte el ugyanazt a felbontást, mint a tömegspektrometria. Hasonló felbontás eléréséhez az ionszeparáló műszerhez 13 méteres csőre lenne szükség.
Egy ilyen hosszúságú lineáris cső elkészítése a laboratóriumi helyszűke miatt nem kivitelezhető. Ezért néhány évvel ezelőtt Richard Smith, a Pacific Northwest National Laboratory munkatársa és kollégái ötletelni kezdtek, hogyan lehetne az ionokat kanyarodásra bírni. Ez a vita vezetett a MOBILion SLIM (Structures for Lossless Ion Manipulation, azaz a veszteségmentes ionmanipuláció struktúrái) kifejlesztéséhez, egy olyan műszerhez, amelynek 13 méteres pályája két áramköri lapra van vágva, amelyek egy 3 méter hosszú dobozban elférnek; a készülék percek alatt szolgáltat adatokat a mintákban lévő vegyületek méretéről és alakjáról. A SLIM “feltárja a láthatatlant” – mondja Laura Maxon, a MOBILion üzletfejlesztési és vállalati stratégiáért felelős vezetője – “az idő feláldozása nélkül”. A SLIM ezen első iterációja, amelyet a MOBILion 2020 második negyedévében kezdett el béta verzióban bevezetni a korai alkalmazó együttműködők számára, gyógyszeripari vagy klinikai kutatási akadémiai környezetben dolgozó tudósok számára készült. Az ár versenyképes a meglévő technológiákkal, jegyzi meg, és a vállalat azt tervezi, hogy a műszert klinikai felhasználásra tervezi a betegségek biomarkereinek azonosítására.
“Amit ma látunk a MOBILiontól a SLIM-en, az csak a jéghegy csúcsa” – mondja McLean. “Rengeteg kiaknázatlan lehetőség van … analitikai szempontból”, így “az embereknek tényleg hatalmas előrelépésekre kell számítania ezekkel a technológiákkal kapcsolatban.”
BLAINEY: “Az ionszelektív kromatográfia központi szerepet játszik a biokémiában. A mikroelektronikai technológia és a biotechnológia szép integrációja. “
A BÍRÓK
Paul Blainey
Az MIT biológiai mérnöki karának docense, az MIT és a Harvard Egyetem Broad Intézetének alaptagja. Blainey laboratóriuma új mikrofluidikai, optikai, molekuláris és számítási eszközöket integrál a biológiában és az orvostudományban való alkalmazásra. A csoport a kvantitatív egysejtes és egymolekulás megközelítésekre helyezi a hangsúlyt, célja olyan vizsgálatok lehetővé tétele, amelyek olyan adatokat generálnak, amelyek képesek feltárni a természetes és mesterséges biológiai rendszerek működését különböző léptékekben. Blainey a 10X Genomics által benyújtott termékeket nem vette figyelembe a rangsorolás során a vállalathoz fűződő pénzügyi kapcsolatai miatt.
Charmion Cruickshank-Quinn
Application scientist at Agilent Technologies.Previously, she was a postdoctoral fellow at the University of Colorado Denver – Anschutz Medical Campus, a research fellow at National Jewish Health in Denver, and a graduate student at the State University of New York at Buffalo, where she worked in the instrument center.
Kim Kamdar
Managing partner at Domain Associates, a healthcare-focused venture fund creating and investing in biopharma, device, and diagnostic companies. She began her career as a scientist and pursued drug-discovery research at Novartis/Syngenta for nine years.
Robert Meagher
Principal member of Technical Staff at Sandia National Laboratories. Fő kutatási területe a nukleinsav-elemzésre szolgáló új technikák és eszközök fejlesztése, különösen a fertőző betegségek, a biológiai védelem és a mikrobiális közösségek problémáira alkalmazva. Legutóbb ez vezetett az újonnan megjelenő vírusos kórokozók egyszerűsített molekuláris diagnosztikájára irányuló megközelítésekhez, amelyek alkalmasak a szükséghelyzetben vagy a fejlődő világban történő felhasználásra. Meagher megjegyzései szakmai véleményét tükrözik, de nem feltétlenül tükrözik az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának vagy az Egyesült Államok kormányának nézeteit.
Szerkesztői megjegyzés: A zsűri több tucatnyi pályázatot vett figyelembe, amelyeket különböző élettudományi termékekkel kapcsolatban nyújtottak be vállalatok és felhasználók. A zsűri csak a The Scientist alapvető utasításai alapján értékelte a beérkezett pályázatokat, és a zsűri tagjait az élettudományi eszközökkel és technológiákkal való ismeretségük alapján kérték fel a részvételre. Paul Blainey kivételével, aki pénzügyi kapcsolatban áll a 10X Genomics céggel, és ezért nem vette figyelembe a cég termékeit a rangsorolás során, a bírálóknak nincs pénzügyi kapcsolatuk a versenyben részt vevő termékekkel vagy cégekkel. A The Scientist jelen számában a cikkben megnevezett nyertesek által elhelyezett hirdetéseket azután vásárolták meg, hogy független zsűritagjaink kiválasztották a nyertes termékeket, és azok nem befolyásolták a verseny eredményét.