La promessa di essere in grado di eseguire uno screening rapido e accurato per malattie o contaminanti chimici in una minuscola goccia di sangue è stata a lungo un obiettivo sfuggente. Ma lo scienziato Daojing Wang afferma che la tecnologia della sua azienda è all'altezza del lavoro.

In qualità di ricercatore presso il Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell'energia, Wang e altri hanno sviluppato un array di emettitori multiugello (MEA), un chip di silicio che può ridurre drasticamente il tempo necessario per identificare le proteine, peptidi, e altri componenti molecolari all'interno di piccoli volumi di campioni biologici. Questa tecnologia brevettata è ora commercializzata da Newomics Inc., una società lanciata da Wang per sviluppare ulteriormente il prodotto e costruire una piattaforma per l'assistenza sanitaria personalizzata.

"Possiamo migliorare la sensibilità e il rendimento della spettrometria di massa per rilevare biomarcatori nel sangue o altri fluidi biologici per la medicina di precisione, " ha detto Wang, fondatore e presidente della società. "Il nostro primo prodotto, l'emettitore M3, è fino a 10 volte più sensibile degli emettitori convenzionali, e con alcuni analiti, anche 100 volte più sensibile."

prodotto di Newomics, che si basa sulla tecnologia di base sviluppata al Berkeley Lab, è progettato per funzionare con spettrometri di massa, una macchina comunemente usata dai ricercatori, l'industria farmaceutica, e sempre più nei laboratori clinici, per misurare la struttura e la concentrazione delle molecole. Una volta isolate le parti molecolari, gli scienziati possono iniziare a capire come lavorano insieme come un sistema, un campo noto come biologia dei sistemi che rappresenta una grande promessa per farmaci e diagnostica migliori, oltre a una serie di altre applicazioni.

Come funziona

Nei suoi 11 anni al Berkeley Lab, Wang si è specializzato nello sviluppo di nuovi strumenti e metodi per la biologia dei sistemi. I suoi collaboratori sulla tecnologia degli emettitori includevano gli scienziati del Berkeley Lab Pan Mao, già nella divisione Life Sciences del Lab, e Peidong Yang, uno scienziato senior nella divisione di scienze dei materiali.

Era motivato a sviluppare questa tecnologia di emettitori per accelerare i cosiddetti "omici a cella singola, " un campo emergente della biologia in cui il DNA, RNA, proteine, e metaboliti sono studiati a livello di singola cellula, fornendo nuove intuizioni su malattie e immunità.

Il metodo dominante per analizzare molecole biologiche come peptidi e proteine ​​in una miscela complessa è la spettrometria di massa a ionizzazione elettrospray (ESI-MS), una tecnica in cui i campioni molecolari vengono consegnati alla macchina come nebbia ionizzata, spinto da una corrente elettrica. Ma c'è un collo di bottiglia al front-end di ESI-MS, rendendolo lento e costoso. Ogni campione deve essere caricato, allineato, e spruzzato uno alla volta.

Invece di un singolo capillare, L'emettitore M3 di Newomics ha otto o più ugelli che lavorano insieme per dividere un singolo flusso grande in flussi più piccoli. Per il MIA, fino a 96 emettitori M3 sono confezionati su un singolo chip. Lo sviluppo di queste tecnologie ha coinvolto una miscela di microfluidica, microelettronica, e innovazioni elettrochimiche.

"Immagina il design di un soffione doccia. Hai un grande flusso in arrivo, e molti piccoli flussi che escono, " ha detto Wang. "Fai scorrere la soluzione attraverso il chip, e la soluzione viene spruzzata in goccioline. Quindi le molecole nelle goccioline vengono rilevate dallo spettrometro di massa. L'idea è che quando si hanno goccioline più piccole, aumenti l'efficienza di ionizzazione e la sensibilità per la spettrometria di massa."

Cosa può fare

Eliminando il collo di bottiglia e aumentando la produttività, L'emettitore di Newomics potrebbe ridurre drasticamente il costo del test di ciascun campione. E migliorando la sensibilità, sarà inoltre possibile rilevare concentrazioni di molecole molto basse. Per esempio, hanno dimostrato di poter analizzare molte diverse forme modificate di proteine ​​come l'albumina glicata e le apolipoproteine, oltre al glucosio convenzionale e HbA1c nel monitoraggio del diabete, usando una sola goccia di sangue. Tali test hanno il potenziale per consentire un migliore monitoraggio a lungo termine e la gestione della malattia del diabete.

"Potremmo migliorare la sensibilità e la robustezza della spettrometria di massa, " Wang ha detto. "Per esempio, se qualcuno vuole guardare specie poco abbondanti, possono utilizzare i nostri dispositivi. E una maggiore robustezza significa che i risultati sono più riproducibili e affidabili."

Oltre a produrre i suoi prodotti emettitori, Newomics sta sviluppando anche servizi per la medicina di precisione, una nuova direzione nell'assistenza sanitaria in cui i trattamenti sono personalizzati per gli individui sulla base di test diagnostici, come genomica, proteomico, o analisi molecolare.

"Licenziare una tecnologia Berkeley Lab come fondamento della sua startup e quindi sviluppare uno strumento di ricerca superiore è stato solo un primo passo per Newomics, " disse Elsie Quaite-Randall, Chief Technology Transfer Officer di Berkeley Lab. "Diramandosi in nuovi prodotti e categorie di servizi, Newomics dimostra l'impatto di vasta portata, col tempo, della ricerca di base finanziata dal DOE."

Finora, l'azienda ha sviluppato dosaggi ematici per la diagnosi e la gestione del diabete, e per il monitoraggio delle tossine ambientali - in particolare i PFC, o prodotti chimici perfluorurati, sostanze chimiche artificiali utilizzate in una miriade di prodotti di uso quotidiano che sono lenti a degradarsi nel corpo e possono avere effetti negativi sulla salute umana.