Menu
ACOPERIRE: © The Scientist Staff
Cunoaștem vechea zicală: necesitatea este mama invenției. Ei bine, anul 2020 ne-a arătat că o pandemie globală este o mamă serioasă. În mod obișnuit, concursul nostru Top 10 Inovații se concentrează pe tehnologiile de laborator, instrumente concepute pentru a cerceta misterele biologiei de bază. Dar, pe măsură ce biologii și-au îndreptat privirea spre înțelegerea SARS-CoV-2, peisajul inovației s-a schimbat în consecință, cu noi instrumente dezvoltate și tehnologii existente modificate pentru a face față pandemiei. Așadar, anul acesta, la The Scientist, concursul nostru anual încorporează invenții menite să înțeleagă și, în cele din urmă, să rezolve problema COVID-19.
Printre alegerile juriului nostru independent pentru cele mai bune 10 inovații din 2020 s-au numărat tehnologii de laborator de bază – cum ar fi un analizor de proteom unicelular și un sintetizator de gene de birou – alături de produse axate pe pandemie, inclusiv un test rapid COVID-19, un instrument care poate capta profiluri de anticorpi din plasma sanguină a pacienților cu coronavirus în convalescență și o platformă pentru caracterizarea glicanilor din proteina spike care brăzdează suprafața SARS-CoV-2. Concurența între propunerile stelare a fost atât de acerbă încât Top 10 din acest an conține de fapt 12 produse, datorită câtorva egalități.
Oricât de dificil a fost anul 2020 pentru noi toți, acest an tumultuos a dat naștere unor produse și abordări promițătoare pentru elucidarea lumii complexe a biologiei. Și chiar mai mult decât atât, 2020 a demonstrat că, atunci când se confruntă cu o problemă comună, comunitatea științifică poate face față provocării și se poate reuni pentru a se reorienta, a cerceta și a inova. În cele ce urmează, The Scientist prezintă instrumentele și tehnologiile care alcătuiesc Top 10 inovații din acest an.
La sfârșitul lunii martie, firma de biotehnologie AbCellera a găzduit o convorbire telefonică cu 40 de cercetători pentru a trece în revistă datele pe care le-au colectat cu privire la anticorpii potențiali împotriva SARS-CoV-2. Utilizând instrumentele de microfluidică de mare randament și de analiză unicelulară ale AbCellera pentru a cerceta eșantioane de pacienți COVID-19, echipa companiei a descifrat secvențele genetice care codifică sute de anticorpi care ar putea trata boala. Cu toate acestea, cernerea manuală a tuturor acestor date a fost plictisitoare, așa că echipa le-a introdus în Celium, un instrument de vizualizare a datelor care intersectează peste un milion de puncte de date de înaltă calitate pentru acești anticorpi pentru a dezvălui care dintre ei ar putea funcționa cel mai bine la pacienți ca potențială terapie. În timp real, în timpul convorbirilor, cercetătorii au folosit Celium pentru a cerceta aceste relații și pentru a se concentra asupra anticorpului LY-CoV555 care, câteva luni mai târziu, a intrat în testele clinice ca un posibil tratament pentru COVID-19, spune Maia Smith, responsabilă de vizualizarea datelor la AbCellera și creatoare a Celium. „Cred că asta spune cam totul.”
Până când Celium a intrat pe piață în 2017, oamenii de știință care lucrau cu AbCellera pentru a găsi anticorpi primeau înapoi foi de calcul complexe de date care erau dificil de navigat și era greu de știut de unde să înceapă, spune Smith. Cu ajutorul Celium, datele sunt prezentate într-un format vizual, iar instrumentul „te ajută să identifici molecula potrivită pentru nevoile tale”, spune pentru The Scientist Fernando Corrêa, inginer de proteine la Kodiak Sciences din Palo Alto, California. El a încheiat un parteneriat cu AbCellera pentru a identifica anticorpi pentru a trata bolile retinei și spune că pachetul de microfluidică, analiză monocelulară și instrument de vizualizare a datelor al companiei „simplifică procesul de descoperire a anticorpilor într-o manieră prietenoasă pentru utilizator.”
KAMDAR: „Răspunsul AbCellera la pandemie subliniază puterea reală a platformei Celium la intersecția dintre biologie și inteligență artificială pentru a face noi descoperiri de anticorpi cu o viteză fulminantă.”
Abbott ID NOW COVID-19 Test
Din 2014, sistemul ID NOW de la Abbott a ajutat medicii să detecteze în mai puțin de 15 minute gripele A și B, streptococul A, virusul sincițial respirator (RSV) și, cel mai recent, SARS-CoV-2. Dispozitivul de mărimea unui prăjitor de pâine funcționează prin încălzirea probelor nazale într-o soluție acidă care sparge învelișul virușilor, expunând ARN-ul acestora, pe care ID NOW îl amplifică la o temperatură constantă, în loc de ciclurile de încălzire și răcire pe care le folosesc aparatele PCR. Obținând autorizația de urgență din partea US Food and Drug Administration la sfârșitul lunii martie, testul COVID-19 ID NOW a fost unul dintre primele teste accesibile publicului din SUA.
Norman Moore, directorul Abbott pentru afaceri științifice în domeniul bolilor infecțioase, spune că timpul scurt de răspuns al testului este esențial pentru a opri răspândirea virală. „Ești cel mai infecțios încă de la început – și dacă nu avem acel rezultat în timp util, la ce ne ajută dacă un test molecular vine două săptămâni mai târziu?”, spune el pentru The Scientist.
Cu mai mult de 23.000 de dispozitive ID NOW în uz în SUA, în principal în clinicile de îngrijire urgentă și în farmacii, Moore spune că echipa sa dezvoltă teste compatibile cu platforma pentru alte boli infecțioase, cum ar fi infecțiile cu transmitere sexuală.
J.D. Zipkin, director medical al GoHealth Urgent Care, care a încheiat un parteneriat cu Aeroportul Internațional San Francisco pentru a administra testul ID NOW COVID-19 călătorilor, numește testul un schimbător de joc. „a luat o platformă care este deja foarte bună la detectarea unor stări de boală foarte specifice și a aplicat-o la cea mai mare nevoie pandemică pe care o avem în această țară”, spune el.
Platforma ID NOW costă 4.500 de dolari, iar fiecare test COVID-19 costă 40 de dolari.
CRUICKSHANK-QUINN: „Capacitatea de a primi rezultatele testului COVID-19 de la un tampon de gât sau nazal în mai puțin de 15 minute poate oferi spitalelor, școlilor sau oricărei alte instituții posibilitatea de a testa rapid persoanele pentru a determina pe cele care ar trebui să se autoizoleze la domiciliu. Deoarece este ușor și portabil, poate fi utilizat pe teren și în locații mobile, cum ar fi locațiile de testare drive-thru.”
BioLegend TotalSeq™-C Human Universal Cocktail v1.0 v1.0
În 2017, cercetătorii de la New York Genome Center au publicat o nouă abordare numită CITE-seq care permite oamenilor de știință să evalueze proteinele din celulele individuale în același timp în care fac transcriptomică monocelulară. CITE-seq funcționează prin legarea anticorpilor cu oligonucleotide care pot fi în cele din urmă secvențiate pentru a dezvălui dacă proteinele țintă au fost prezente și unite cu anticorpii lor corespunzători. Compania BioLegend, specializată în științele vieții, a obținut licența CITE-seq și a dezvoltat TotalSeqTM-C Human Universal Cocktail v1.0, o colecție de 130 de anticorpi legați prin oligoelemente pentru depistarea masivă a proteinelor de pe suprafața celulară a celulelor individuale, pentru a fi utilizată pe o platformă de secvențiere monocelulară de la 10X Genomics.
Spre deosebire de abordările proteomice bazate pe evaluarea vizuală a proteinelor marcate, „nu mai există nicio limită teoretică în ceea ce privește numărul de proteine pe care le puteți ,” spune șeful departamentului de proteogenomică de la BioLegend, Kristopher „Kit” Nazor, adăugând că firma lucrează deja la extinderea numărului de anticorpi incluși în cocktail. „Acest lucru mărește masiv oportunitatea de a face descoperiri nepărtinitoare.”
„Este revoluționar din multe puncte de vedere”, spune imunologul și genomicianul Alexandra-Chloé Villani de la Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School și Broad Institute of MIT și Harvard University. La fel ca mulți cercetători, Villani, care este unul dintre coordonatorii segmentului de celule imune din Atlasul Celular Uman, a pivotat în acest an spre studiul COVID-19. Ea a folosit deja cocktailul de la BioLegend, lansat la începutul lunii august la un preț de 5.350 de dolari pentru cinci fiole de unică folosință, pentru a analiza probe de sânge de la aproape 300 de pacienți care au fost testați pozitiv pentru SARS-CoV-2.
„Atunci când aveți proteina de suprafață și ARN-ul în aceeași celulă, ne ajută cu adevărat să obținem o definiție mai granulară a celulelor imune implicate” în răspunsul la infecție, spune Villani. „Cunosc, de fapt, o mulțime de colegi din Statele Unite și Europa care au folosit același panel pentru a-și analiza cohortele COVID … ceea ce înseamnă că vom putea combina toate datele noastre și le vom putea compara. Și acest lucru este incredibil.”
MEAGHER: „Aceasta este o fuziune foarte frumoasă a secvențierii next-gen ca citire digitală pentru codurile de bare de secvențe și a tehnologiei de codare cu bare a celulelor unice pentru a permite proteomica cantitativă a celulelor unice.”
Seven Bridges GRAF™
Lansarea genomului uman de referință în 2013 a fost un salt extraordinar pentru biologie, dar în ceea ce privește reprezentarea efectivă a umanității, a fost destul de slabă. Genomurile noastre sunt pline de variante care nu sunt prezente în genomul de referință, care a fost construit pornind de la un eșantion mic de indivizi, în principal de origine europeană. Pentru a ține cont de diversitatea genetică umană, firma de bioinformatică Seven Bridges a dezvoltat o platformă de analiză genomică numită GRAF, care încearcă să includă toate iterațiile posibile ale secvențelor genetice la orice locus dat. Rezultatul GRAF/Pan Genome Reference este un grafic al variantelor cunoscute în anumite puncte ale genomului, mai degrabă decât o secvență de referință liniară. Atunci când genomurile sunt aliniate la referința GRAF, orice deleții, inserții, polimorfisme de un singur nucleotid sau alte variații nu sunt, prin urmare, ratate, așa cum ar putea fi atunci când sunt aliniate la genomul de referință liniar.
Cu scopul de a stimula prezența grupurilor subreprezentate în cercetarea genomică, Seven Bridges a anunțat în iunie că accesul la fluxul său de lucru GRAF Germline Variant Detection Workflow și la GRAF/Pan Genome Reference va fi gratuit pentru cercetătorii universitari. „Acesta este primul flux de lucru de nivel de producție care încorporează informații despre strămoși și diversitatea genomului uman pentru a oferi apeluri de variante și aliniere îmbunătățite”, spune directorul științific al companiei, Brandi Davis-Dusenbery.
„Speranța este că, prin luarea în considerare a acestei complexități în analiză, veți vedea lucruri care vă scăpau”, spune Bruce Gelb, directorul Institutului Mindich pentru sănătatea și dezvoltarea copilului de la Școala de Medicină Icahn de la Mt. Sinai. „Aceasta a fost o idee care circulă de câțiva ani, dar nimeni înainte de ceea ce face Seven Bridges nu a implementat o abordare bazată pe grafice care să fie practică. Ei sunt primii care au făcut acest lucru.”
Gelb a folosit platforma GRAF pentru a căuta variante legate de defectele cardiace congenitale și a comparat aceste variante cu ceea ce apare atunci când folosește analize tradiționale ale secvențelor. Până în prezent, spune el, se pare că GRAF identifică unele variante care altfel ar fi fost trecute cu vederea.
CRUICKSHANK-QUINN: „Faptul că Seven Bridges GRAF este pus la dispoziția gratuită a instituțiilor academice va deschide cu siguranță calea spre medicina de precizie, permițând avansarea cercetării în rândul populațiilor subreprezentate fără a se lupta cu costurile pentru cercetătorii academici.”
OXGENE TESSA
O provocare centrală pentru furnizarea de terapii genice în celulele pacienților este costul de fabricare a virusului adeno-asociat (AAV), un vector comun pentru genele de interes, spune Ryan Cawood, CEO al companiei de biotehnologie OXGENE, cu sediul în Marea Britanie. „Primul produs de terapie genică AAV care a fost aprobat în UE a costat un milion de lire sterline pe doză”, spune el. „Dacă voiai să tratezi o boală pe care să o aplici la mii de oameni, pur și simplu nu puteai să produci suficient de mult la un cost care să îl facă viabil.”
În prezent, spune Cawood, loturile de celule umane cultivate sunt transfectate cu mai multe plasmide pentru a le induce să producă vectorii AAV care conțin o genă selectată. Dar plasmidele sunt scumpe de fabricat, iar procesul de transfecție nu este foarte eficient. În schimb, infecția cu adenovirusuri induce în mod natural celulele să activeze replicarea AAV-urilor. Problema este că adenovirusurile se replică și ele însele și contaminează produsul AAV rezultat. Pentru a ocoli această problemă, OXGENE a conceput un comutator genetic care oprește activitatea unui adenovirus la jumătatea ciclului său de viață în interiorul unei celule, astfel încât să programeze celula să producă particule AAV, dar nu să producă adenovirus. „Când virusul intră în celulă, iese doar AAV; nu mai iese niciun adenovirus”, spune Cawood. Compania a început să vândă vectorul său viral de calitate pentru cercetare, pe care îl numește TESSA, în septembrie, și intenționează să înceapă să ofere material de calitate clinică anul viitor, adaugă el. Costul pentru vectorul de calitate pentru cercetare începe de la 5.000 de lire sterline și depinde de mărimea lotului de celule care urmează să fie infectate.
BLAINEY: „Sprijină traducerea terapiilor genice. Demonstrează valoarea biotehnică a ingineriei biologice.”
Sistemul Codex DNA BioXp™ 3250
Firma de biotehnologie Codex DNA a lansat sistemul BioXp™ 3250 în august 2020, ca o continuare a BioXp™ 3200, lansat în 2014. Platforma automatizată de asamblare și amplificare a ADN-ului la cerere permite cercetătorilor să sintetizeze gene și genomuri mai rapid ca niciodată, cu potențialul de a accelera dezvoltarea de vaccinuri, diagnostice și tratamente, spune Peter Duncan, director de management al produselor la Codex DNA. Echipamentul poate fi utilizat pe celule canceroase sau pe o varietate de agenți infecțioși, inclusiv SARS-CoV-2.
Fără BioXp™ 3250 sau predecesorul său, laboratoarele care doresc să sintetizeze fragmente de ADN, clone sau genomuri întregi trebuie să trimită mostre pentru a fi procesate de o terță parte. În plus față de faptul că trebuie să se ocupe de tranzit, o astfel de procesare ar putea dura săptămâni sau luni. Cu BioXp™ 3250, al cărui preț este de 100.000 de dolari, secvențe de ADN cu o lungime de până la 7.000 de perechi de baze pot fi asamblate în câteva zile, prin simpla apăsare a unui buton.
În loc să trebuiască să codifice un script genetic pe un computer pentru experimente specifice, clienții pot comanda un modul care vine în aproximativ două zile, gata de utilizare. Modulul are un cod de bare care conține toate informațiile necesare; atunci când este scanat de dispozitiv, sunt încărcate instrucțiunile pentru sintetizarea ADN-ului dorit. Un tehnician de laborator trebuie doar să introducă modulul în dispozitiv și să apese pe start, spune Duncan.
„BioXp ne-a permis să efectuăm pași simpli de subclonare fără mâini”, spune Mark Tornetta, vicepreședinte al departamentului Biologics Discovery la Tavotek Biotherapeutics, într-un e-mail pentru The Scientist, descriind modul în care laboratorul folosește dispozitivul pentru a genera biblioteci NGS. „Toate aceste metode de pe BioXP ne permit să economisim timp și costuri de realizare.”
BLAINEY: „Democratizarea sintezei genice prin plasarea capacității în laboratoare individuale pentru o execuție mai rapidă și costuri mai mici la randament ridicat.”
IsoPlexis Single-Cell Intracellular Proteome
.png)
ISOPLEXIS
Soluția Single-Cell Intracellular Proteome de la IsoPlexis a luat naștere din mai multe laboratoare de la Caltech, toate căutând modalități mai bune de a monitoriza interacțiunile proteină-proteină
în celulele canceroase cu scopul de a dezvolta tratamente țintite. Cu metodele tradiționale, cum ar fi Western blot, spectrometria de masă și citometria de flux, pot fi urmărite doar câteva tipuri de proteine la un moment dat. Cu sistemul Isoplexis, lansat în luna iulie, cercetătorii pot monitoriza 30 sau mai multe căi proteice, cu rezultate disponibile în aceeași zi.
Cu tehnologia anterioară, fosforilarea era folosită pentru a identifica funcția proteinelor individuale, fără a se înțelege cum funcționează acestea împreună. Single-Cell Intracellular Proteome dezvăluie funcția în același mod, dar este, de asemenea, capabil să ofere contextul unor întregi căi de semnalizare a proteinelor, descoperind modul în care funcționează rețeaua ca întreg.
Înțelegerea întregii rețele de căi celulare permite cercetătorilor să înțeleagă mai bine efectele din aval ale celulelor aberante, spune Sean Mackay, CEO și cofondator al IsoPlexis. În cazul cancerelor, adaugă el, această abordare ajută la evaluarea eficacității tratamentelor țintite, cum ar fi terapiile cu anticorpi sau medicamentele cu molecule mici.
„Astfel de căi definesc, practic, modul în care sunt activate celulele, este deosebit de important pentru cancer, unde semnalizarea fosfoproteică activată nu este doar un semn distinctiv al cancerului”, spune James Heath, care a condus laboratorul Caltech care a creat tehnologia în urmă cu opt ani, „ci este un obiectiv major al inhibitorilor țintiți.”
MEAGHER: „Soluția Single-Cell Intracellular Proteome utilizează o microfluidică inovatoare pentru a reduce ceea ce pare a fi o chimie ELISA bine stabilită până la nivelul celulelor unice.”
GigaGen Surge
Cercetătorii au utilizat imunoglobulina intravenoasă (IVIG) pentru a trata pacienții imunodeficienți sau imunodeprimați și plasma de convalescență pentru a trata bolile infecțioase de mai bine de un secol. Iar plasma este unul dintre numeroasele tratamente care se încearcă acum pentru COVID-19. Dar probele biologice prelevate de la donatori nu sunt cele mai standardizate terapii. Intră în scenă platforma Surge a GigaGen, care utilizează secvențierea monocelulară pentru a „captura și recrea” biblioteci de anticorpi de la donatori de sânge. Pentru a crea aceste biblioteci, compania trece probele de sânge ale donatorilor prin platforma Surge pentru a izola celulele B individuale producătoare de anticorpi în microînsămânțări și pentru a extrage ARN-ul care codifică anticorpii. Pornind de la aceste secvențe genetice, ei pot crea o „schiță a sistemului imunitar al acelei persoane”, spune David Johnson, directorul executiv al GigaGen.
Cercetătorii companiei selectează apoi o parte din acești anticorpi pentru a-i inginera în celule de mamifere pentru a crea un tratament cu anticorpi recombinați, despre care spun că este mult mai puternic decât plasma de convalescență sau IVIG, pe baza experimentelor in vitro și a testelor pe modele animale. În prezent, GigaGen nu intenționează să vândă Surge, ci mai degrabă a folosit platforma pentru a dezvolta tratamente pentru cancere, tulburări de imunodeficiență și, cel mai recent, COVID-19. GigaGen speră să înceapă testele clinice pentru tratamentul lor COVID-19, care utilizează peste 12.500 de anticorpi de la 16 donatori, la începutul anului 2021. Scopul Surge este de a „desluși complexitatea sistemului imunitar”, spune Johnson, și apoi de a adapta tratamentele cu anticorpi care să provoace cel mai puternic răspuns.
Fred și Vicki Modell, care au înființat Fundația Jeffrey Modell după ce fiul lor Jeffrey a murit la 15 ani din cauza complicațiilor provocate de imunodeficiența primară, spun că au căutat o alternativă la IVIG, care este uneori insuficientă și poate duce la efecte secundare la mulți pacienți. ” oferă cel mai mare cadou dintre toate – ei oferă speranță pacienților”, spune Fred Modell.
CRUICKSHANK-QUINN: „Prin combinarea tehnologiei microfluidice a picăturilor de emulsie cu o singură celulă, a genomicii și a ingineriei bibliotecilor de proteine, această terapie medicamentoasă cu anticorpi, dacă are succes, ar putea revoluționa tratamentul COVID-19, precum și tratamentele pentru multe boli diferite.”
10X Genomics Chromium Single Cell Multiome ATAC + Gene Expression
Cu câțiva ani în urmă, 10X Genomics a lansat un test, ATAC-seq, pentru a identifica regiunile de cromatină deschisă în celule unice; produsul a câștigat un loc în Top 10 inovații din 2019 al The Scientist. Potrivit managerului de marketing al produsului, Laura DeMare, nu a trecut mult timp până când clienții au cerut mai mult, cu un feedback de genul: „‘Acest lucru este grozav, dar ne-ar plăcea foarte mult să obținem informații despre expresia genetică și informații ATAC-seq în aceeași celulă’.” În septembrie, 10X a lansat Chromium Single Cell ATAC + Gene Expression (Chromium Single Cell ATAC + Gene Expression), care culege atât date epigenetice, cât și de expresie genetică din nuclee individuale.
Platforma marchează ARNm și fragmente deschise de cromatină din fiecare nucleu cu coduri de bare ADN, explică DeMare, iar acizii nucleici sunt apoi amplificați și analizați. „Puteți începe să legați efectiv ce elemente de reglementare din genom activează sau dezactivează genele”, spune ea. Costă aproximativ 2.400 de dolari pe reacție pentru reactivi și un cip microfluidic.
Ansu Satpathy, un imunolog de la Școala de Medicină a Universității Stanford și un fost postdoctorand al lui Howard Chang, dezvoltatorul codului ATAC-seq, spune pentru The Scientist că folosește noul test pentru a investiga efectele modificărilor epigenetice asociate cu epuizarea celulelor T în probele tumorale biopsiate de la pacienții cu cancer. Atunci când sunt epuizate, celulele T devin mai puțin eficiente în lupta împotriva cancerului, iar „ceea ce facem acum cu ARN-ul și metoda ATAC combinate este să ne întrebăm: Cum reglează fiecare dintre aceste comutatoare moleculare genele care duc la acest rezultat disfuncțional în celulă?”. spune Satpathy.
KAMDAR: „Această abordare permite, pentru prima dată, profilarea simultană a epigenomului și transcriptomului din aceeași celulă unică, permițând o mai bună înțelegere a funcționalității celulelor.”
10X Genomics Visium Spatial Gene Expression Solution
În ultimii ani, transcriptomica monocelulară a oferit o multitudine de informații despre expresia genică pentru celule individuale și tipuri de celule. Acum, 10X Genomics avansează tehnologia mai nouă a transcriptomicii spațiale, care oferă date despre transcriptomul întreg pentru una sau câteva celule și dezvăluie exact în ce parte a unei probe de țesut are loc expresia genetică. Soluția Visium Spatial Gene Expression Solution, lansată în octombrie 2019, expune zone de 55 de micrometri în 5.000 de locații dintr-o probă de țesut la oligonucleotide de legare a ARNm și suprapune datele de expresie genetică rezultate cu imagini histologice.
Tehnologia a fost dezvoltată și comercializată inițial de compania suedeză Spatial Transcriptomics, pe care 10X Genomics a achiziționat-o în 2018. Apoi, 10X a dezvoltat în continuare produsul înainte de a lansa Visium anul trecut. Soluția Visium Spatial Gene Expression Solution, care se vinde cu 1.000 de dolari pe eșantion, are pete mai mici și mai dens împachetate – și de cinci ori mai multe – decât în momentul în care a fost moștenită de companie, spune Nikhil Rao, directorul de marketing strategic al 10X Genomics pentru platforma spațială. Acest lucru crește rezoluția, explică el. „De asemenea, am îmbunătățit dramatic sensibilitatea testului, putând capta zeci de mii de identificatori moleculari unici pe spot.”
Rao spune că mulți dintre utilizatorii Visium se concentrează pe neuroștiințe, studiind, de exemplu, bolile neurodegenerative. Dar produsul este utilizat, de asemenea, în biologia dezvoltării, oncologie și imunologie. Biologul computațional Elana Fertig, de la Universitatea Johns Hopkins, a folosit Visium pentru a înțelege cum poate rezista un cancer la tratament. „În virtutea faptului că ai informațiile spațiale ale acestor celule, îți poți da seama cu adevărat de mecanismele moleculare în care acestea interacționează direct, pentru că poți vedea dacă celulele interacționează fizic”, explică ea.
MEAGHER: „Aceasta este o altă frontieră în biologie: nu doar expresia genetică a unei singure celule sau a câtorva celule, ci acum colectarea datelor de expresie genetică cu rezoluție spațială la nivelul câtorva celule.”
Inscripta, Inc. Onyx™ Digital Genome Engineering Platform
În timp ce editarea genomului pe bază de CRISPR a devenit o tehnică utilizată pe scară largă în laboratoarele din întreaga lume, există întrebări de cercetare care necesită o scară de modificare a nucleotidelor care poate fi greoaie, dacă nu chiar prohibitivă, pentru unele laboratoare. Platforma digitală de inginerie genomică Onyx™ a Inscripta Inc. oferă o soluție – biblioteci de inginerie genomică complet automatizate, cu sute de mii de ediții unice în genomurile microbiene. Dispozitivul de banc, lansat în octombrie 2019 și vândut la prețul de 347.000 de dolari, permite utilizatorilor să planteze variantele dorite în ADN-ul bacteriilor E. coli și al drojdiei S. cerevisiae, iar instrumentul se ocupă de restul.
Platforma combină totul, de la algoritmii de optimizare a procesului de editare la microfluidica pentru manipularea celulelor și până la reactivii în sine. „Biologii nu mai trebuie să își facă griji cu privire la optimizarea tehnică și pot merge mai departe și se pot concentra acum asupra oricărei probleme din domeniul biologiei”, spune Nandini Krishnamurthy, vicepreședinte al dezvoltării aplicațiilor la Inscripta.
Shelley Copley, biolog molecular la Universitatea din Colorado Boulder, este unul dintre primii care a testat Onyx. Ea îl folosește pentru a examina efectele mutațiilor sinonime, cele care nu schimbă proteina rezultată, asupra fitness-ului în E. coli. „Partea de mare randament este esențială pentru a putea aborda acest aspect”, spune ea. În loc să încerce să creeze fiecare mutație pe care vrea să o examineze una câte una, Onyx îi permite lui Copley să genereze toate cele 50.000 de variante. Echipa sa poate trece apoi direct la testele de fitness. „Nu cunosc nicio altă tehnologie care să poată face acest lucru.”
KAMDAR: „CRISPR este un instrument puternic pentru editarea genomurilor și pentru a permite evaluări funcționale care pot elucida cauzalitatea și pot îmbunătăți înțelegerea noastră a biologiei genomului. Dar aceste rezultate nu vor fi obținute fără a depăși o serie de provocări tehnice și de scalabilitate. Aceasta este ceea ce permite Onyx Digital Genome Engineering Platform.”
MOBILion SLIM
John McLean, chimist bioanalitic la Universitatea Vanderbilt, vrea să știe exact ce se află într-un suflu de gaz, până la ultima moleculă de lipide dintr-un eșantion de sânge sau țesut vaporizat. De ani de zile, el a folosit spectrometria de masă pentru a cataloga compușii dintr-o probă în funcție de greutate. Uneori, molecule diferite pot avea aceeași masă și aceeași compoziție atomică, ceea ce face dificilă distingerea lor. Separarea prin mobilitate ionică parcurge probele de gaz în tuburi lungi de un metru pentru a diferenția moleculele după formă și structură, evitând astfel problema masei. Dar, deoarece tehnica a fost concepută cu zeci de ani în urmă, nu a atins aceeași rezoluție ca și spectrometria de masă. Pentru a obține o rezoluție similară, instrumentul de separare a ionilor ar avea nevoie de un tub de 13 metri.
Fabricarea unui tub liniar de această lungime este impracticabilă din cauza constrângerilor legate de spațiul de laborator. Așa că, în urmă cu câțiva ani, Richard Smith de la Pacific Northwest National Laboratory și colegii săi au început să se gândească la modalități de a face ca ionii să dea colțuri. Această discuție a dus la dezvoltarea SLIM, sau Structures for Lossless Ion Manipulation (Structuri pentru manipularea fără pierderi a ionilor) de la MOBILion, un instrument cu o pistă de 13 metri tăiată sub formă de viraje în sens invers în două plăci de circuite care încap într-o cutie de 3 metri lungime; dispozitivul furnizează în câteva minute date despre dimensiunea și forma compușilor din probe. SLIM „dezvăluie ceea ce nu se vede”, spune Laura Maxon, șefa departamentului de dezvoltare a afacerilor și strategie corporativă a MOBILion, „fără a sacrifica timpul”. Această primă iterație a SLIM, pe care MOBILion a început să o implementeze ca versiune Beta pentru colaboratorii care au adoptat-o timpuriu în al doilea trimestru al anului 2020, este construită pentru oamenii de știință dintr-un mediu academic de cercetare farmaceutică sau clinică. Prețul este competitiv cu tehnologiile existente, notează ea, iar compania intenționează să proiecteze instrumentul pentru a fi utilizat în clinică pentru a identifica biomarkeri de boală.
„Ceea ce vedem astăzi, de la MOBILion pe SLIM, este doar vârful icebergului”, spune McLean. „Există o mulțime de potențial neexploatat … din punct de vedere analitic”, așa că „oamenii ar trebui să se aștepte cu adevărat la progrese uriașe pentru aceste tehnologii.”
BLAINEY: „Cromatografia selectivă de ioni este esențială pentru biochimie. Frumoasă integrare a tehnologiei microelectronice cu biotehnologia. „
JUDECĂTORII
Paul Blainey
Profesor asociat de inginerie biologică la MIT și membru de bază al Institutului Broad al MIT și al Universității Harvard. Laboratorul Blainey integrează noi instrumente microfluidice, optice, moleculare și computaționale pentru aplicații în biologie și medicină. Grupul pune accentul pe abordările cantitative cu o singură celulă și cu o singură moleculă, cu scopul de a permite realizarea de studii care să genereze date cu puterea de a dezvălui funcționarea sistemelor biologice naturale și proiectate pe o gamă largă de scări. Blainey nu a luat în considerare produsele prezentate de 10X Genomics în clasamentul său din cauza legăturilor sale financiare cu această companie.
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. Principalul său interes de cercetare este dezvoltarea de noi tehnici și dispozitive de analiză a acizilor nucleici, aplicate în special la probleme din domeniul bolilor infecțioase, al bioapărării și al comunităților microbiene. Cel mai recent, acest lucru a condus la abordări pentru diagnostice moleculare simplificate pentru agenții patogeni virali emergenți, care sunt potrivite pentru utilizarea la punctul de necesitate sau în țările în curs de dezvoltare. Comentariile lui Meagher reprezintă opinia sa profesională, dar nu reprezintă în mod necesar punctul de vedere al Departamentului de Energie al SUA sau al guvernului Statelor Unite.
Nota editorului: Juriul a luat în considerare zeci de înscrieri depuse pentru o varietate de produse din domeniul științelor vieții de către companii și utilizatori. Juriul a evaluat propunerile doar cu instrucțiuni de bază din partea The Scientist, iar membrii săi au fost invitați să participe pe baza familiarității lor cu instrumentele și tehnologiile din domeniul științelor vieții. Cu excepția lui Paul Blainey, care are legături financiare cu 10X Genomics și, prin urmare, nu a luat în considerare produsele acestei firme în clasamentul său, aceștia nu au legături financiare cu produsele sau companiile implicate în concurs. În acest număr al revistei The Scientist, orice reclame plasate de câștigătorii numiți în acest articol au fost achiziționate după ce juriul nostru independent a selectat produsele câștigătoare și nu au avut nicio influență asupra rezultatului concursului.