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2018年生物科技十大创新技术产品

日期: 2019-12-11 02:28
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发布日期: 2019-12-11

  生物学技术在许多方面取得了长促发展,从生态系统到电子传输链。这些工具可以帮助刺激生命各个阶段的新发现。评论和评价)选择今年的获奖作品是许多令人兴奋的实验室工具,都是为了窥探开放的个体细胞,以获取其中包含的数据。 包括DNA,RNA和/或蛋白质。具有在单个细胞水平上捕获这些生物信息的优势,揭示了在合并样品中检测不到的组织内的变种。例如,在癌症研究中,这种分析可以让科学家通过在个体基础上抽取数千个快速分裂的细胞来更准确地表达肿瘤异质性,以了解它们彼此之间的差异。

  今年的十大创新竞赛讲述了一个不同的故事:单个细胞。此外,在今年的名单上展示的是能够推进和推都是经过验证的真实实验室技术的产品,例如质谱和基于CRISPR的基因组编辑。我们The Scientist很这里很高兴为2018年十大创新大赛的获奖者提供展示,我们期待看到他们的采用所带来的发现。

  大约五年前,Sphere Fluidics的员工向35家生物制药公司询问,这家总部位于英国的生物技术公司的单细胞分析技术是否有用。答复表明很有必要,特别是在从事抗体和细胞系研究的公司中。什么演变出这些谈话的是CYTO-矿,紧凑的台式仪器,它利用什么会通常由多台仪器来完成的地方。“它基本上是世界上第一个专门设计用于自动执行抗体发现和细胞系开发工作流程所有步骤的集成设备,” Sphere Fluidics的销售和市场总监Rob Marchmont说道,该公司今年夏天开始销售该仪器。

  Cyto-Mine通过将它们分别分类到它们自己的微小液滴中来筛选多达200,000个细胞的样品,评估它们所需的性质(例如特定蛋白质的高产量或抗原特异性),然后将好的样品分配到微量滴定板上用户可以从中种植克隆。

  制药公司Janssen的科学家Tom Kelly是Cyto-Mine的早期测试人员,现在使用最终版本(价格为450,000美元)来选择生产大量生物药物的细胞系。他说,最大的优势是Cyto-Mine提供的克隆性证明,确认每口井中只有一个经过验证的细胞。他之前的协议包括一个额外的步骤,使处理时间翻倍。“在旧过程中从转染到冷冻小瓶的时间可能是三个月,”他说,“现在已经六周了。”

  KOEHLER:“我们经常很难找到一个单一的集成平台,可以为下游分析提供筛选和细胞回收。完全自动化和专注于轻柔操作的系统将提高实验的保真度。“

  Tapestri Precision Genomics Platform于去年12月推出,是第一台用于单细胞DNA测序样品制备的高通量仪器。使用基于液滴的微流体技术,Tapestri首先将细胞暴露于蛋白酶,该蛋白酶溶解细胞核并使DNA从其浓缩的染色质形成中释放出来。然后,在系统添加试剂以扩增感兴趣的基因座并根据其来源细胞对它们进行条形码化之前,加热使蛋白酶变性 ,准备将样品送入下一代测序仪。

  “令人兴奋的是,”MD安德森癌症中心的遗传学家Nick Navin说,他的研究小组已经定期使用该仪器一年左右来检测个别乳腺癌细胞中发现的突变组合。“这可以让你真正了解肿瘤的遗传亚结构,”他说,以及“重建突变的进化”。

  Tapestri可以同时制备多达10,000个细胞,而将细胞分选到培养皿的孔中只需384个细胞。此外,Navin说,仪器只需要一天时间来准备样品,而使用平板法则需要五到七天。

  Tapestri的售价为79,500美元,每个样品的耗材约为795美元至1,300美元。Mission Bio提供多种固定面板,针对与各种癌症相关的基因座,并可开发针对多达300个感兴趣位点的定制面板,未来可能更多,将Tapestri的应用扩展到肿瘤学之外,Mission的首席科学官Dennis Eastburn表示生物。

  WILEY:“这种用于高通量单细胞DNA测序的新型微流体平台可能是分析肿瘤细胞异质性和理解肿瘤进化机制基础的有效方法。”

  uidity O ne的许多潜在应用之一是“常规生物物理学” ,制作蛋白质分析仪器的Fluidic Analytics研发负责人Sean Devenish说。Devenish设想实验室经常使用仪器进行质量控制,在第一次到达时测试含蛋白质的溶液,再次从冷冻机中出来测试,确保内容物没有降解。用户将5μL样品吸移到一次性微流体芯片上,然后将其插入台式Fluidity One仪器中。样品通过与缓冲液流平行的腔室,蛋白质在其中扩散。仪器测量这种扩散的速率,以计算蛋白质的平均大小; 它还测量样品浓度。

  AlexBüll他曾在德国杜塞尔多夫大学研究疾病中的蛋白质聚集,他说他发现Fluidity One可用于分析患者的尿液样本。“实际估算浓度非常困难,因此我们使用流动性1来确定浓度,我们也跟踪蛋白质的聚集和二聚体/单体平衡,”他解释说。流动性比测量光散射(测定溶液中蛋白质大小的标准技术)的一个优点是光散射结果由溶液中的任何聚集体控制,而流动性1为存在的蛋白质提供“真实平均”尺寸值,比尔说。Devenish补充说,该仪器还可以揭示蛋白质是彼此结合还是与DNA,脂质或纳米颗粒结合。

  流动性一个成本为30,000美元,加上芯片和试剂,每次运行成本约为5美元。

  张:“对纯化蛋白质进行表征和质量控制对于获得一致的结果至关重要。这个工具可以成为任何生物化学实验室的重要补充。“

  利用Chromium Immune Repertoire Profiling Solution,研究人员可以研究身体对不同类型感染的适应性免疫反应,并确定对免疫系统激活有反应的特定细胞类型,无论是由细菌,病毒还是癌症引发的。10X Genomics技术于3月份商业化发布,它基于单细胞测序的强大功能,允许研究人员区分样品中的每个T和B细胞,以及每个细胞上Y形受体的基因序列。

  “我不认为人们会意识到他们可以从这个产品中获得所有这些信息,”10X单细胞基因组学战略营销总监Giovanna Prout说。“而且,随着最近发布的一些新产品,研究人员可以获得更多。”

  利用DNA条形码技术,该工具现在可以确定哪种类型的T或B细胞对特定抗原有反应。“现在你可以看看这些细胞对某种病毒或疾病的克隆性扩张,”普劳特解释说。条形码技术还通过将基因表达与细胞表面蛋白表达数据相结合来改进细胞表型的分析,因为抗体与条形码相连,而不是与流式细胞术中使用的荧光标签相连。由于条形码是多样的,研究人员可以同时检测更多的细胞表面标记,从而提供前所未有的人类和小鼠免疫系统。每个样本的屏幕费用为1,500美元。

  在Chris Klebanoff在Memorial Sloan Kettering癌症中心的实验室里,他和他的同事正在寻找新型T细胞作为治疗实体恶性肿瘤的方法。“10x平台的独特之处在于能够以用户友好的方式将T细胞受体数据与单细胞水平的基因表达相结合,” 该实验室的高级研究科学家Smita Chandran说。“我对它的转化应用感到非常兴奋,以确定能够介导肿瘤反应的独特T细胞并将其归零。”

  VAN VLIET:“利用这种方法分析T细胞和B细胞之间的受体测序,提供了一个信息丰富的数据集,有助于在任何分选或转导策略之前了解初始起始种群,并有助于定义生物细胞属性。这样的细胞。“

  对于期望用串联质谱分析大分子的蛋白质科学家来说,Omnitrap装置提供了新的功能。该平台是一个射频离子阱,即使在高分子量下也能处理蛋白质 - 这是旧捕获技术的局限 - 获取蛋白质序列,结构和分子相互作用的信息。“Omnitrap允许人们获得通过其他方式获得的不可能或几乎不可能的独特信息,” Karolinska研究所化学家Roman Zubarev说道,他是Omnitrap的第一位客户。

  Zubarev领导一个团队使用该设备作为项目的一部分,以执行所谓的自上而下的抗体测序。自上而下的分析保持大蛋白质结构完整,而不是像其他分析方法那样消化它们,Zubarev说Omnitrap对这项努力至关重要。

  总部位于雅典的Fasmatech的创始人兼首席科学官Dimitris Papanastasiou表示,该产品的主要优势之一就是能够以多种方式分解蛋白质。这允许用户在不同情况下查看蛋白质的特征 - 并使用一个设备这样做。“这真的很独特,”他说。

  AcouWash是一种独立的桌面研究工具,它将声力应用于聚焦细胞。它可用于浓缩细胞,将它们从一种介质移动到另一种介质或根据尺寸或声学特性(如密度或可压缩性)将它们分开。AcouWash系统专门用于研究用途,未经批准用于目前形式的临床或诊断应用。

  与标准离心相比,使用声学细胞洗涤的优点是能够处理更低的细胞浓度和更脆弱的细胞。此外,声学分离技术需要较少的手动步骤,并且该技术可以集成在连续流动系统中,使得能够在护理点分析装置中进行细胞分离/洗涤。

  声学细胞分离模块也可作为OEM模块使用,以集成到更大的分析或诊断系统中。

  AcouWash可以最大限度地减少细胞损失,这种情况可以通过反复洗涤和离心步骤实现 - 在使用含有少量细胞的样品时,这是一个很大的优势,Lund大学 Johan Jakobsson分子神经遗传学实验室的博士后Karolina Pircs说。Pircs的研究涉及将亨廷顿病患者的成纤维细胞和健康对照直接重编程为神经元。她去年协助开发的一项协议(EMBO Mol Med,9:1117-131)将30%转化为40%的成纤维细胞,这意味着研究人员必须对未转化的细胞进行分选。她说,到目前为止,她已经进行了两次测试的AcouWash系统产生的细胞比传统的六个离心步骤更多10%。

  VAN VLIET:“虽然本发明的功能很简单,但在相对较低的剪切速率下处理小样品体积的能力是在工艺开发和制造方案优化过程中间歇取样和分析细胞的有吸引力的选择。”

  为了使用基因组编辑工具CRISPR-Cas9,研究人员通常将编码工具各种组分的DNA插入到他们想要编辑的细胞中。但是,一旦将这种外源DNA整合到宿主细胞中,就没有简单的方法可以摆脱它。

  具体而言,研究人员可能会担心编码Cas9核酸酶的DNA的存在。英国基因编辑公司Horizon Discovery的产品经理Amanda Haas表示,“编辑发生后很长时间内,Cas9仍然会在细胞中表达。” 这意味着酶仍然可以与宿主DNA相互作用,可能导致在脱靶位点的基因组中不希望的切割。

  该公司的最新产品之一Dharmacon Edit-R Fluorescent Cas9 Nuclease mRNA旨在通过为Cas9酶提供RNA转录本而不是DNA来解决这一问题。在目标细胞合成蛋白质后不久,Haas注意到蛋白质是荧光的,以帮助细胞分选,mRNA自然降解。所以“虽然你所做的编辑是永久性的,”她解释说,“你不会有编辑系统的遗留物仍然存在。”

  KOELHER:“这种价格合理的工具可以对编辑过的细胞群进行FACS富集。我的实验室会使用这个产品,我认为这可能影响到几个项目。“

  CRISPR基因编辑技术是生物医学科学中的革命性工具。但是,使用CRISPR-Cas9或CRISPR-Cpf1的研究产生的商品化对于许多学者和小型初创公司来说可能最终成本过高,因为核酸酶的使用与昂贵的许可费和版税相关。 因此,在科罗拉多州创业公司Ina的研究人员发现了一类新的核酸酶 - 命名为MADzymes,以此作为对马达加斯加令人印象深刻的生物多样性的一种认可 - 他们做出了集体决定。“我们说,这是一项非常重要的技术,”Ina首席执行官Kevin Ness解释道。“我们将免费提供这种酶 - 线月,该公司已将其专利DNA切割酶MAD7的整个序列制作在线,用于所有研究和开发用途,无论是商业还是非商业,国内或国际。希望将酶本身商业化的研究人员 - 例如,将蛋白质包含在治疗剂中 - 被要求支付少量版税。Horizon Discovery的产品经理Louise Baskin是一个测试MAD7的团队的一员,目前正在使用它来编辑哺乳动物细胞。“我们所有的数据都表明它与Cas9一样好,”她说。Baskin补充说,因为MAD7与Cas9具有不同的识别区域,“它在我们可以进行这些切割的位置方面打开了基因组空间。”

  该序列在去年下载了1000多次,Ness说,Ina正在探索与潜在分销商合作的选择,以便研究人员可以直接购买DNA或蛋白质产品。

  KOEHLER:“另一种基因编辑产品和Cas9的替代产品。Ina旨在打破与成本和知识产权相关的障碍,以便更广泛地使用基因编辑。“

  Tycho NT.6的开发人员希望在实验室中对蛋白质样品进行质量控制。NanoTemper Technologies联合首席执行官Philipp Baaske表示,采用较老的方法,研究人员将长期讨论“是否应该测试蛋白质。现在,他们可以做到这一点。“对Tycho运行需要3分钟,需要10μL样品。仪器以30°C /分钟的速率加热样品,同时测量蛋白质色氨酸和酪氨酸残基的荧光,并将其与该样品的参考值进行比较。与参考值的差异表明蛋白质可能不再应该折叠,这会影响其活性,或者样品被污染或降解。

  Gabriel Birrane是波士顿贝斯以色列女执事医疗中心的X射线晶体学核心负责人,他说他的团队使用Tycho来处理不溶性细菌蛋白质。他说:“我们已经能够使用Tycho筛选条件”,以确定那些会诱导蛋白质折叠的物质。否则,Birrane补充说,找到这些条件可能是一个困难的试错过程。他的团队已经意识到当仪器需要验证柱子上的样品中是否含有感兴趣的蛋白质时,仪器比运行凝胶更快。

  张:“热变性是快速评估蛋白质质量和蛋白质 - 核酸结合的重要工具。生化学家应该很好地使用这种装置。“

  该技术使研究人员能够同时分析数千个细胞中的RNA和蛋白质表达。今年7月商业化发布的BD Life Sciences AbSeq Assay与BD Rhapsody单细胞分析系统配合使用,将抗体与寡核苷酸结合,通过高通量测序运行来估计细胞中蛋白质的丰度。抗体 - 寡核苷酸缀合物作为单瓶基质管出售,并且易于按比例用于标准的2微升样品测试,其提供与流式细胞术数据类似的蛋白质表达的结果。

  这种mRNA和蛋白质数据的结合使得AbSeq Assay功能强大。加利福尼亚大学圣地亚哥分校的免疫学研究员John Chang说,由于mRNA捕获效率低以及mRNA不稳定和转换,一些单细胞RNA测序工具无法对细胞进行全面分析。BD AbSeq Assay在他的实验室中研究免疫反应期间的淋巴细胞功能。“能够同时分析同一单细胞中RNA和蛋白质的分析,如BD AbSeq,可以克服这一局限,并可以在许多生物系统中获得更准确和全面的见解。”

  具体来说,BD产品营销副总裁Steve Kulisch指出,研究人员可以开始研究癌症患者肿瘤与免疫系统的相互作用,这些数据有可能提供更强大,个性化的癌症治疗。目前,该检测方法扫描了100多种不同的人类抗体 - 寡核苷酸组合,还有更多正在开发中,这应该有助于研究人员梳理复杂疾病的复杂性,而不必进行多次实验。

  Kulisch说,根据实验设计,25个测试成本为375美元,整个设置为10,000美元到50,000美元,细胞分为10到18美分。

  WILEY:“使用带有核苷酸标签的细胞表面标记抗体,以便您可以在单细胞RNA-Seq实验中轻松区分不同细胞类型,并将结果与流式细胞仪结果进行比较。抗体标记和检测技术的有用和创新扩展。这项相对较新技术的首批商业化之一。“

  广泛研究所化学生物学研究所研究员和国家癌症研究所化学遗传学倡议组组长。她还是Broad研究所NCI癌症靶点发现和发展(CTD2)中心的项目负责人,旨在用小分子靶向致癌基因。

  助理教务长兼麻省理工学院材料科学与工程与生物工程教授Michael和Sonja Koerner。她还是麻省理工学院创新计划的制造业创新总监,以及新加坡 - 麻省理工学院研究与技术生物系统与微机械学团队的负责人。

  太平洋西北国家实验室高级研究科学家和实验室研究员。他发表了一些最早的受体调节计算机模型,并以开发各种定量生化和光学检测作为验证细胞过程计算模型的基础而闻名。

  麻省理工学院和哈佛大学Broad研究所的核心成员,麻省理工学院的James和Patricia Poitras神经科学教授。他还是麻省理工学院脑与认知科学与生物工程系的副教授。返回搜狐,查看更多


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