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SOPRA: © The Scientist Staff
Conosciamo il vecchio detto: la necessità è la madre dell’invenzione. Bene, il 2020 ci ha mostrato che una pandemia globale è una madre seria. Di solito, il nostro concorso Top 10 Innovations si concentra sulle tecnologie di laboratorio, strumenti progettati per scandagliare i misteri della biologia di base. Ma quando i biologi si sono concentrati sulla comprensione della SARS-CoV-2, il panorama dell’innovazione è cambiato di conseguenza, con nuovi strumenti sviluppati e tecnologie esistenti piegate per affrontare la pandemia. Così quest’anno a The Scientist, il nostro concorso annuale incorpora invenzioni volte a comprendere e infine risolvere il problema COVID-19.
Tra le scelte dei nostri giudici indipendenti per le 10 migliori innovazioni del 2020 c’erano tecnologie di laboratorio fondamentali – come un analizzatore di proteoma di una singola cellula e un sintetizzatore di geni da tavolo – accanto a prodotti focalizzati sulla pandemia, tra cui un test rapido COVID-19, uno strumento che può catturare profili di anticorpi dal plasma sanguigno di pazienti convalescenti con coronavirus, e una piattaforma per caratterizzare i glicani nella proteina spike che costella la superficie della SARS-CoV-2. La concorrenza tra le candidature stellari era così forte che la Top 10 di quest’anno contiene in realtà 12 prodotti, grazie a un paio di pareggi.
Per quanto il 2020 sia stato impegnativo per tutti noi, questo anno tumultuoso ha dato vita a prodotti e approcci promettenti per chiarire il complesso mondo della biologia. E ancora di più, il 2020 ha dimostrato che la comunità scientifica, di fronte a un problema condiviso, può essere all’altezza della sfida e unirsi per rifocalizzare, ricercare e innovare. Qui, The Scientist presenta gli strumenti e le tecnologie che compongono le 10 migliori innovazioni di quest’anno.
A fine marzo, l’azienda biotech AbCellera ha ospitato una chiamata con 40 ricercatori per esaminare i dati che avevano raccolto sui potenziali anticorpi contro la SARS-CoV-2. Utilizzando la microfluidica ad alta velocità di AbCellera e gli strumenti di analisi delle singole cellule per sondare campioni di pazienti COVID-19, il team della società aveva decifrato le sequenze genetiche che codificano centinaia di anticorpi che potrebbero trattare la malattia. Setacciare tutti quei dati a mano era noioso, però, così il team ha alimentato in Celium, uno strumento di visualizzazione dei dati che interseca più di un milione di punti di dati di alta qualità per quegli anticorpi per rivelare quali potrebbero funzionare meglio nei pazienti come una potenziale terapia. In tempo reale, sulla chiamata, i ricercatori hanno usato Celium per sondare quelle relazioni e casa in su l’anticorpo LY-CoV555 che, mesi dopo, entrò in studi clinici come un possibile trattamento COVID-19, dice Maia Smith, piombo di visualizzazione dei dati a AbCellera e creatore di Celium. “
Prima che Celium arrivasse sul mercato nel 2017, gli scienziati che lavoravano con AbCellera per trovare gli anticorpi ottenevano indietro complessi fogli di calcolo di dati che erano difficili da navigare, ed era difficile sapere da dove iniziare, dice Smith. Usando Celium, i dati sono presentati in un formato visivo e lo strumento “ti aiuta a identificare la molecola giusta per le tue esigenze”, dice a The Scientist Fernando Corrêa, un ingegnere proteico di Kodiak Sciences a Palo Alto, California. Ha collaborato con AbCellera per identificare gli anticorpi per trattare le malattie della retina, e dice che il pacchetto dell’azienda di microfluidica, analisi della singola cellula e strumento di visualizzazione dei dati “ottimizza il processo di scoperta degli anticorpi in un modo user-friendly.”
KAMDAR: “La risposta di AbCellera alla pandemia sottolinea il vero potere della piattaforma Celium all’intersezione della biologia e AI per fare nuove scoperte di anticorpi ad una velocità incredibile.”
Abbott ID NOW COVID-19 Test
Dal 2014, Il sistema ID NOW di Abbott ha aiutato i medici a rilevare l’influenza A e B, lo streptococco A, il virus respiratorio sinciziale (RSV) e più recentemente la SARS-CoV-2, in meno di 15 minuti. Il dispositivo delle dimensioni di un tostapane funziona riscaldando i campioni nasali in una soluzione acida che apre l’involucro dei virus, esponendo il loro RNA, che ID NOW amplifica a una temperatura costante invece dei cicli di riscaldamento e raffreddamento che usano le macchine PCR. Ottenendo l’autorizzazione di emergenza dalla US Food and Drug Administration alla fine di marzo, il test COVID-19 ID NOW è stato uno dei primi test accessibili al pubblico statunitense.
Norman Moore, direttore degli affari scientifici di Abbott per le malattie infettive, dice che il breve tempo di risposta del test è fondamentale per fermare la diffusione virale. “Se non abbiamo quel risultato in modo tempestivo, a cosa serve se un test molecolare torna due settimane dopo?” dice a The Scientist.
Con più di 23.000 dispositivi ID NOW in uso negli Stati Uniti, principalmente in cliniche e farmacie, Moore dice che il suo team sta sviluppando test compatibili con la piattaforma per altre malattie infettive, come le infezioni sessualmente trasmesse.
J.D. Zipkin, chief medical officer di GoHealth Urgent Care, che ha collaborato con l’aeroporto internazionale di San Francisco per amministrare il test ID NOW COVID-19 ai viaggiatori, chiama il test un cambio di gioco. “Ha preso una piattaforma che è già molto buona a rilevare stati di malattia molto specifici e applicato al più grande bisogno di pandemia che abbiamo in questo paese,” dice.
La piattaforma ID NOW costa $4.500 e ogni test COVID-19 costa $40.
CRUICKSHANK-QUINN: “La capacità di ricevere i risultati del test COVID-19 da un tampone della gola o del naso in meno di 15 minuti può fornire agli ospedali, alle scuole o a qualsiasi altra istituzione la capacità di testare rapidamente le persone per determinare coloro che avrebbero bisogno di auto-isolarsi a casa. Dal momento che è leggero e portatile, può essere utilizzato sul campo e in siti mobili come le postazioni di test drive-thru.”
BioLegend TotalSeq™-C Human Universal Cocktail v1.0
Nel 2017, i ricercatori del New York Genome Center hanno pubblicato un nuovo approccio chiamato CITE-seq che permette agli scienziati di valutare le proteine nelle singole cellule nello stesso momento in cui stanno facendo la trascrittomica delle singole cellule. CITE-seq funziona collegando gli anticorpi con oligonucleotidi che possono eventualmente essere sequenziati per rivelare se le proteine bersaglio erano presenti e unite ai loro corrispondenti anticorpi. La società di scienze della vita BioLegend ha concesso la licenza per il CITE-seq e ha sviluppato il TotalSeqTM-C Human Universal Cocktail v1.0, una collezione di 130 anticorpi oligo-collegati per lo screening massivo delle proteine della superficie cellulare di singole cellule, da utilizzare su una piattaforma di sequenziamento a cella singola di 10X Genomics.
A differenza degli approcci proteomici basati sulla valutazione visiva delle proteine etichettate, “non c’è più alcun limite teorico su quante proteine è possibile”, dice Kristopher “Kit” Nazor, Head of Proteogenomics di BioLegend, aggiungendo che la società sta già lavorando per espandere il numero di anticorpi inclusi nel cocktail. “Questo aumenta l’opportunità di scoperta imparziale in modo massiccio.”
“È innovativo in molti modi”, dice l’immunologa e genomicista Alexandra-Chloé Villani del Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, e il Broad Institute del MIT e Harvard University. Come molti ricercatori, Villani, che è uno dei coordinatori del segmento delle cellule immunitarie dell’Atlante cellulare umano, quest’anno si è dedicata allo studio di COVID-19. Ha già usato il cocktail di BioLegend, lanciato all’inizio di agosto al prezzo di 5.350 dollari per cinque fiale monouso, per analizzare i campioni di sangue di quasi 300 pazienti che sono risultati positivi alla SARS-CoV-2.
“Quando hai la proteina di superficie e l’RNA nella stessa cellula, ci aiuta davvero a ricavare una definizione più granulare delle cellule immunitarie coinvolte” nella risposta all’infezione, dice Villani. “In realtà conosco molti colleghi negli Stati Uniti e in Europa che hanno usato questo stesso pannello per analizzare le loro coorti COVID… il che significa che saremo in grado di combinare tutti i nostri dati e confrontare. E questo è incredibile.”
MEAGHER: “Questa è davvero una bella fusione tra il sequenziamento next-gen come lettura digitale per i codici a barre delle sequenze e la tecnologia di barcoding delle singole cellule per consentire la proteomica quantitativa delle singole cellule.”
Seven Bridges GRAF™
Il rilascio del genoma umano di riferimento nel 2013 è stato un enorme balzo in avanti per la biologia, ma per quanto riguarda l’effettiva rappresentazione dell’umanità, è stato piuttosto breve. I nostri genomi sono pieni di varianti non presenti nel genoma di riferimento, che è stato costruito da un piccolo campione di individui, principalmente di discendenza europea. Per tener conto della diversità genetica umana, la società di bioinformatica Seven Bridges ha sviluppato una piattaforma di analisi genomica chiamata GRAF che cerca di includere tutte le possibili iterazioni di sequenze genetiche in ogni dato locus. Il risultante GRAF/Pan Genome Reference è un grafico delle varianti conosciute in particolari punti del genoma, piuttosto che una sequenza di riferimento lineare. Quando i genomi sono allineati al riferimento GRAF, eventuali delezioni, inserzioni, polimorfismi a singolo nucleotide o altre variazioni non vengono quindi persi come potrebbero essere quando allineati al genoma lineare di riferimento.
Con l’obiettivo di aumentare la presenza di gruppi sottorappresentati nella ricerca genomica, Seven Bridges ha annunciato a giugno che l’accesso al suo GRAF Germline Variant Detection Workflow e GRAF/Pan Genome Reference sarà gratuito per i ricercatori accademici. “Questo è il primo flusso di lavoro per la produzione che incorpora le informazioni sull’ascendenza e la diversità del genoma umano per fornire chiamate di varianti e allineamenti migliori”, dice il direttore scientifico dell’azienda, Brandi Davis-Dusenbery.
“La speranza è che, tenendo conto di quella complessità nell’analisi, si vedranno cose che mancavano”, dice Bruce Gelb, il direttore del Mindich Child Health and Development Institute alla Icahn School of Medicine al Mt. Sinai. “È un’idea che circola da qualche anno, ma nessuno, prima di quello che sta facendo Seven Bridges, ha implementato un approccio basato sui grafici che sia pratico. Sono i primi a farlo.”
Gelb ha usato la piattaforma GRAF per cercare varianti legate a difetti cardiaci congeniti e confrontando queste varianti con ciò che risulta quando usa le analisi di sequenza tradizionali. Finora, dice, sembra che GRAF stia identificando alcune varianti che altrimenti sarebbero state trascurate.
CRUICKSHANK-QUINN: “Il fatto che Seven Bridges GRAF sia reso liberamente disponibile alle istituzioni accademiche aprirà certamente la strada verso la medicina di precisione consentendo l’avanzamento della ricerca in popolazioni sottorappresentate senza la lotta dei costi per i ricercatori accademici.”
OXGENE TESSA
Una sfida centrale per fornire terapie geniche alle cellule dei pazienti è il costo della produzione di virus adeno-associati (AAV), un vettore comune per i geni di interesse, dice Ryan Cawood, CEO della società biotecnologica britannica OXGENE. “Il primo prodotto di terapia genica AAV che è stato approvato nell’UE è costato un milione di sterline per dose”, dice. “Se si volesse trattare una malattia che si potrebbe applicare a migliaia di persone, semplicemente non si potrebbe fare abbastanza ad un costo che lo renderebbe fattibile.”
Attualmente, Cawood dice, lotti di cellule umane coltivate sono trasfettate con plasmidi multipli per indurle a fare i vettori AAV contenenti un gene selezionato. Ma i plasmidi sono costosi da produrre, e il processo di trasfezione non è molto efficiente. Al contrario, l’infezione con gli adenovirus induce naturalmente le cellule ad attivare la replicazione degli AAV. Il problema è che anche gli adenovirus si replicano e contaminano il prodotto AAV risultante. Per aggirare questo problema, OXGENE ha ideato un interruttore genetico che spegne l’attività di un adenovirus a metà del suo ciclo di vita all’interno di una cellula, in modo che programmi la cellula a sfornare particelle AAV ma non a produrre adenovirus. “Quando il virus entra, si ottiene solo AAV che esce; non si ottiene più nessun adenovirus che esce”, dice Cawood. L’azienda ha iniziato a vendere il suo vettore virale di grado di ricerca, che chiama TESSA, a settembre, e prevede di iniziare a offrire materiale di grado clinico il prossimo anno, aggiunge. Il costo del vettore per la ricerca parte da 5.000 sterline e dipende dalle dimensioni del lotto di cellule da infettare.
BLAINEY: “Supporta la traduzione delle terapie geniche. Dimostra il valore biotecnico dell’ingegneria biologica.”
Sistema Codex DNA BioXp™ 3250
L’azienda biotech Codex DNA ha rilasciato il sistema BioXp™ 3250 ad agosto 2020 come seguito del BioXp™ 3200, rilasciato nel 2014. La piattaforma automatizzata per l’assemblaggio e l’amplificazione del DNA su richiesta permette ai ricercatori di sintetizzare geni e genomi più velocemente che mai, con il potenziale di accelerare lo sviluppo di vaccini, diagnostica e trattamenti, dice Peter Duncan, direttore del product management di Codex DNA. L’attrezzatura può essere utilizzata su cellule tumorali o su una varietà di agenti infettivi, tra cui la SARS-CoV-2.
Senza BioXp™ 3250 o il suo predecessore, i laboratori che vogliono sintetizzare frammenti di DNA, cloni o interi genomi devono inviare i campioni per essere elaborati da terzi. Oltre a doversi occupare del transito, tale elaborazione potrebbe richiedere settimane o mesi. Con il BioXp™ 3250, il cui prezzo è di 100.000 dollari, sequenze di DNA fino a 7.000 paia di basi possono essere assemblate in pochi giorni, con la semplice pressione di un pulsante.
Piuttosto che dover codificare script genetici su un computer per esperimenti specifici, i clienti possono ordinare un modulo che arriva in circa due giorni, pronto a partire. Il modulo ha un codice a barre che contiene tutte le informazioni necessarie; quando viene scansionato dal dispositivo, vengono caricate le istruzioni per sintetizzare il DNA desiderato. Un tecnico di laboratorio deve semplicemente inserire il modulo nel dispositivo e premere start, dice Duncan.
“Il BioXp ci ha permesso di eseguire semplici passi di subclonazione a mani libere”, dice a The Scientist Mark Tornetta, VP di Biologics Discovery presso Tavotek Biotherapeutics, in una e-mail, descrivendo come il laboratorio utilizza il dispositivo per generare librerie NGS. “Tutti questi metodi sul BioXP ci fanno risparmiare tempo e costi di esecuzione.”
BLAINEY: “Democratizzare la sintesi genica mettendo la capacità nei singoli laboratori per una maggiore rapidità e costi più bassi ad alto rendimento.”
IsoPlexis Single-Cell Intracellular Proteome
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La soluzione Single-Cell Intracellular Proteome di IsoPlexis è nata da diversi laboratori del Caltech, tutti alla ricerca di modi migliori per monitorare le interazioni proteina-proteina
nelle cellule tumorali con l’obiettivo di sviluppare trattamenti mirati. Con i metodi tradizionali come il Western blot, la spettrometria di massa e la citometria a flusso, solo un paio di tipi di proteine possono essere monitorati in un dato momento. Con il sistema di Isoplexis, lanciato a luglio, i ricercatori possono monitorare 30 o più percorsi proteici, con risultati disponibili nello stesso giorno.
Con la tecnologia precedente, la fosforilazione veniva utilizzata per identificare la funzione delle singole proteine, senza alcuna comprensione di come lavorano insieme. Il Proteoma intracellulare a cellula singola rivela la funzione allo stesso modo, ma è anche in grado di fornire il contesto di interi percorsi di segnalazione delle proteine, scoprendo come la rete opera nel suo complesso.
Comprendere l’intera rete dei percorsi cellulari permette ai ricercatori di comprendere meglio gli effetti a valle delle cellule aberranti, dice Sean Mackay, CEO e cofondatore di IsoPlexis. Nei tumori, aggiunge, questo approccio aiuta a valutare l’efficacia dei trattamenti mirati come le terapie con anticorpi o i farmaci a piccole molecole.
“Tali percorsi definiscono fondamentalmente come le cellule vengono attivate, è particolarmente importante per il cancro, dove la segnalazione di fosfoproteina attivata non è solo un segno distintivo del cancro”, dice James Heath, che ha diretto il laboratorio Caltech che ha creato la tecnologia otto anni fa, “ma è un obiettivo importante degli inibitori mirati.”
MEAGHER: “La soluzione Single-Cell Intracellular Proteome usa una microfluidica innovativa per ridurre quello che sembra una chimica ELISA ben consolidata fino al livello delle singole cellule.”
GigaGen Surge
Gli scienziati hanno usato l’immunoglobulina intravenosa (IVIG) per trattare i pazienti immunodeficienti o immunosoppressi e il plasma convalescente per trattare le malattie infettive per più di un secolo. E il plasma è uno dei molti trattamenti che si stanno provando per COVID-19. Ma i campioni biologici prelevati dai donatori non sono le terapie più standardizzate. Inserisci la piattaforma Surge di GigaGen, che utilizza il sequenziamento di singole cellule per “catturare e ricreare” librerie di anticorpi da donatori di sangue. Per creare queste librerie, l’azienda esegue i campioni di sangue dei donatori attraverso la piattaforma Surge per isolare le singole cellule B produttrici di anticorpi in microgocce ed estrarre l’RNA che codifica gli anticorpi. Da queste sequenze genetiche possono creare un “modello del sistema immunitario di quella persona”, dice il CEO di GigaGen David Johnson.
I ricercatori dell’azienda selezionano poi alcuni di quegli anticorpi da ingegnerizzare in cellule di mammifero per creare un trattamento con anticorpi ricombinanti, che dicono essere molto più potente del plasma convalescente o IVIG, sulla base di esperimenti in vitro e test in modelli animali. GigaGen attualmente non ha intenzione di vendere Surge, ma piuttosto ha utilizzato la piattaforma per sviluppare trattamenti per i tumori, i disturbi da immunodeficienza e, più recentemente, COVID-19. GigaGen spera di iniziare i test clinici sul loro trattamento COVID-19, che utilizza più di 12.500 anticorpi da 16 donatori, all’inizio del 2021. L’obiettivo di Surge è quello di “mettere a nudo la complessità del sistema immunitario”, dice Johnson, e poi personalizzare i trattamenti con anticorpi che suscitano la risposta più forte.
Fred e Vicki Modell, che hanno fondato la Jeffrey Modell Foundation dopo che il loro figlio Jeffrey è morto a 15 anni a causa di complicazioni da immunodeficienza primaria, dicono che hanno cercato un’alternativa all’IVIG, che a volte è poco disponibile e può portare ad effetti collaterali in molti pazienti. “sta dando il più grande regalo di tutti – stanno dando speranza ai pazienti”, dice Fred Modell.
CRUICKSHANK-QUINN: “Combinando la tecnologia microfluidica a goccia di emulsione monocellulare, la genomica e l’ingegneria della libreria proteica, questa terapia farmacologica anticorpale, se avrà successo, potrebbe rivoluzionare il trattamento della COVID-19 così come i trattamenti per molte malattie diverse.”
10X Genomics Chromium Single Cell Multiome ATAC + Gene Expression
Alcuni anni fa, 10X Genomics ha lanciato un test, ATAC-seq, per identificare regioni di cromatina aperta in singole cellule; il prodotto ha vinto un posto nella Top 10 Innovations 2019 di The Scientist. Secondo la responsabile del marketing del prodotto Laura DeMare, non è passato molto tempo prima che i clienti chiedessero a gran voce di più, con un feedback del tipo: “‘Questo è fantastico, ma ci piacerebbe davvero ottenere le informazioni sull’espressione genica e le informazioni ATAC-seq nella stessa cella’”. A settembre, 10X ha lanciato Chromium Single Cell ATAC + Gene Expression, che raccoglie sia dati epigenetici che di espressione genica da singoli nuclei.
La piattaforma etichetta mRNA e frammenti di cromatina aperta da ogni nucleo con codici a barre di DNA, spiega DeMare, e gli acidi nucleici vengono poi amplificati e analizzati. “Si può iniziare a collegare effettivamente quali elementi di regolazione nel genoma stanno accendendo o spegnendo i geni”, dice. Costa circa 2.400 dollari per reazione per i reagenti e un chip microfluidico.
Ansu Satpathy, un immunologo della Stanford University School of Medicine e un ex postdoc dello sviluppatore di ATAC-seq Howard Chang, dice a The Scientist che sta usando il nuovo test per studiare gli effetti dei cambiamenti epigenetici associati all’esaurimento delle cellule T in campioni di tumore biopsiati da pazienti con cancro. Quando si esauriscono, le cellule T diventano meno efficaci nel combattere il cancro, e “quello che stiamo facendo ora con l’RNA e il metodo ATAC combinato è chiedere, come fanno ciascuno di questi interruttori molecolari a regolare i geni che portano a questo risultato disfunzionale nella cellula? dice Satpathy.
KAMDAR: “Questo approccio permette, per la prima volta, la profilazione simultanea dell’epigenoma e del trascrittoma dalla stessa singola cellula, permettendo una migliore comprensione della funzionalità cellulare.”
10X Genomics Visium Spatial Gene Expression Solution
Negli ultimi anni, la trascrittomica su singola cellula ha fornito una ricchezza di informazioni sull’espressione genica per singole cellule e tipi di cellule. Ora, 10X Genomics avanza la più recente tecnologia della trascrittomica spaziale, che fornisce dati sul trascrittoma intero per una o poche cellule, e rivela esattamente dove in un campione di tessuto ha luogo l’espressione genica. La soluzione Visium Spatial Gene Expression, lanciata nell’ottobre 2019, espone aree di 55 micrometri in 5.000 punti all’interno di un campione di tessuto a oligonucleotidi leganti l’mRNA, e sovrappone i dati di espressione genica risultanti alle immagini istologiche.
La tecnologia è stata sviluppata e inizialmente commercializzata dalla società svedese Spatial Transcriptomics, che 10X Genomics ha acquisito nel 2018. Poi 10X ha sviluppato ulteriormente il prodotto prima di lanciare Visium l’anno scorso. La soluzione di espressione genica spaziale di Visium, che vende per $ 1.000 a campione, ha macchie più piccole e più densamente imballate – e cinque volte di più – rispetto a quando l’azienda l’ha ereditata, dice Nikhil Rao, direttore del marketing strategico di 10X Genomics per la piattaforma spaziale. Questo aumenta la risoluzione, spiega. “Abbiamo anche migliorato la sensibilità del test in modo drammatico, essendo in grado di raccogliere decine di migliaia di identificatori molecolari unici per punto.”
Rao dice che molti degli utenti di Visium si concentrano sulle neuroscienze, studiando le malattie neurodegenerative, per esempio. Ma il prodotto viene utilizzato anche in biologia dello sviluppo, oncologia e immunologia. La biologa computazionale della Johns Hopkins University Elana Fertig ha usato Visium per capire come un cancro può resistere al trattamento. “In virtù di avere le informazioni spaziali di queste cellule, si può davvero capire i meccanismi molecolari in cui interagiscono direttamente, perché si può vedere se le cellule stanno interagendo fisicamente”, spiega.
MEAGHER: “Questa è un’altra frontiera della biologia: non solo l’espressione genica di una o poche cellule, ma ora raccogliere dati di espressione genica con risoluzione spaziale a livello di poche cellule.”
Inscripta, Inc. Onyx™ Digital Genome Engineering Platform
Mentre l’editing del genoma basato su CRISPR è diventato una tecnica ampiamente utilizzata nei laboratori di tutto il mondo, ci sono domande di ricerca che richiedono una scala di manipolazione dei nucleotidi che può essere ingombrante, se non proibitiva, per alcuni laboratori. La piattaforma Onyx™ Digital Genome Engineering di Inscripta Inc. offre una soluzione: librerie genomiche completamente automatizzate con centinaia di migliaia di singole modifiche nei genomi microbici. Il dispositivo da banco, lanciato nell’ottobre 2019 e venduto per $ 347.000, consente agli utenti di piantare le varianti desiderate nel DNA dei batteri E. coli e del lievito S. cerevisiae, e lo strumento si occupa del resto.
La piattaforma combina tutto, dagli algoritmi per ottimizzare il processo di editing alla microfluidica per gestire le cellule ai reagenti stessi. “I biologi non devono più preoccuparsi dell’ottimizzazione tecnica e possono andare avanti e concentrarsi su qualsiasi problema in biologia ora”, dice Nandini Krishnamurthy, il vice presidente dello sviluppo delle applicazioni a Inscripta.
Shelley Copley, un biologo molecolare presso l’Università del Colorado Boulder, è un primo tester di Onyx. Lo sta usando per esaminare gli effetti delle mutazioni sinonime, quelle che non cambiano la proteina risultante, sulla fitness in E. coli. “La parte high-throughput è fondamentale per essere in grado di affrontare questo”, dice. Piuttosto che tentare di progettare ogni mutazione che vuole esaminare una per una, Onyx permette a Copley di generare tutte le 50.000 varianti. Il suo team può quindi passare direttamente ai saggi di fitness. “
KAMDAR: “CRISPR è uno strumento potente per modificare i genomi e consentire valutazioni funzionali che possono chiarire la causalità e migliorare la nostra comprensione della biologia del genoma. Ma questi risultati non saranno raggiunti senza superare una serie di sfide tecniche e di scalabilità. Questo è ciò che la piattaforma di ingegneria del genoma digitale Onyx consente.”
MOBILion SLIM
John McLean, un chimico bioanalitico della Vanderbilt University, vuole sapere esattamente cosa c’è in un soffio di gas, fino all’ultima molecola lipidica di un campione di sangue o di tessuto vaporizzato. Per anni, ha usato la spettrometria di massa per catalogare i composti in un campione in base al peso. A volte diverse molecole possono avere la stessa massa e la stessa composizione atomica, rendendo difficile distinguerle. La separazione a mobilità ionica fa scorrere campioni di gas in tubi lunghi un metro per differenziare le molecole per forma e struttura, aggirando il problema della massa. Ma poiché la tecnica è stata progettata decenni fa, non ha raggiunto la stessa risoluzione della spettrometria di massa. Per ottenere una risoluzione simile, lo strumento di separazione ionica avrebbe bisogno di un tubo di 13 metri.
Fare un tubo lineare di quella lunghezza non è pratico a causa dei vincoli di spazio del laboratorio. Così, qualche anno fa, Richard Smith del Pacific Northwest National Laboratory e i suoi colleghi hanno iniziato a fare brainstorming su come far girare gli ioni negli angoli. Quella discussione ha portato allo sviluppo di SLIM di MOBILion, o Structures for Lossless Ion Manipulation, uno strumento con un binario di 13 metri tagliato in due circuiti stampati che si inseriscono in una scatola lunga 3 metri; il dispositivo fornisce dati sulle dimensioni e la forma dei composti nei campioni in pochi minuti. SLIM “rivela l’invisibile”, dice Laura Maxon, responsabile dello sviluppo commerciale e della strategia aziendale di MOBILion, “senza il sacrificio del tempo”. Questa prima iterazione di SLIM, che MOBILion ha iniziato a distribuire come versione Beta ai collaboratori early adopter il secondo trimestre del 2020, è costruita per gli scienziati in un ambiente accademico di ricerca farmaceutica o clinica. Il prezzo è competitivo con le tecnologie esistenti, nota, e l’azienda prevede di progettare lo strumento per l’uso nella clinica per identificare i biomarcatori di malattia.
“Quello che stiamo vedendo oggi, da MOBILion su SLIM, è solo la punta dell’iceberg”, dice McLean. “C’è un sacco di potenziale non sfruttato… da un punto di vista analitico”, quindi “la gente dovrebbe davvero aspettarsi enormi progressi per queste tecnologie.”
BLAINEY: “La cromatografia ionoselettiva è centrale per la biochimica. Una bella integrazione della tecnologia microelettronica con la biotecnologia. “
I GIUDICI
Paul Blainey
Professore associato di ingegneria biologica al MIT e membro del Broad Institute del MIT e della Harvard University. Il laboratorio Blainey integra nuovi strumenti microfluidici, ottici, molecolari e computazionali per applicazioni in biologia e medicina. Il gruppo enfatizza gli approcci quantitativi a singola cellula e a singola molecola, mirando a consentire studi che generano dati con il potere di rivelare il funzionamento dei sistemi biologici naturali e ingegnerizzati attraverso una gamma di scale. Blainey non ha considerato i prodotti presentati da 10X Genomics nella sua classifica a causa dei suoi legami finanziari con la società.
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. Il suo principale interesse di ricerca è lo sviluppo di nuove tecniche e dispositivi per l’analisi degli acidi nucleici, in particolare applicato a problemi di malattie infettive, biodifesa e comunità microbiche. Più recentemente questo ha portato ad approcci per la diagnostica molecolare semplificata per gli agenti patogeni virali emergenti che sono adatti per l’uso al punto di bisogno o nel mondo in via di sviluppo. I commenti di Meagher rappresentano la sua opinione professionale ma non rappresentano necessariamente le opinioni del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti o del governo degli Stati Uniti.
Nota del redattore: I giudici hanno preso in considerazione decine di proposte presentate per una varietà di prodotti per le scienze della vita da aziende e utenti. La giuria ha valutato i contributi con solo le istruzioni di base di The Scientist, e i suoi membri sono stati invitati a partecipare in base alla loro familiarità con gli strumenti e le tecnologie delle scienze della vita. Ad eccezione di Paul Blainey, che ha legami finanziari con 10X Genomics e quindi non ha considerato i prodotti di questa azienda nella sua classifica, non hanno legami finanziari con i prodotti o le aziende coinvolte nel concorso. In questo numero di The Scientist, qualsiasi pubblicità piazzata dai vincitori nominati in questo articolo è stata acquistata dopo che i nostri giudici indipendenti hanno selezionato i prodotti vincitori e non ha avuto alcuna influenza sul risultato del concorso.