размышления из промышленностиДоктор Чад Миркин Директор Международного института нанотехнологийПрофессор Северо-Западного университета

В этом интервью, проведенном на выставке Pittcon 2023 в Филадельфии, штат Пенсильвания, мы поговорили с доктором Чадом Миркиным, директором Международного института нанотехнологий, о его работе в области наноматериалов.

Пожалуйста, не могли бы вы представиться и рассказать немного о своей исследовательской деятельности?

Меня зовут Чад Миркин, я профессор химии и директор Международного института нанотехнологий Северо-Западного университета. Я работаю там более 30 лет, занимаясь разработкой наноматериалов и устройств, которые могут расширить аналитические возможности, начиная от инструментов молекулярной диагностики и заканчивая способами манипулирования экспрессией генов и, в конечном счете, разработкой новых терапевтических методов.

Как вы впервые связались с Международным институтом нанотехнологий?

Около 25 лет назад мы основали Международный институт нанотехнологий. В то время это был первый в своем роде институт. Мы воспользовались возможностью, поскольку эта область действительно набирала обороты, и мы начали строить невероятный эпицентр для этого типа исследований, который собирал людей со всего мира, в том числе фантастических преподавателей, докторантов и студентов, которые вносят свой вклад в развитие этих исследований. инструменты, основанные на нанотехнологиях.

Каковы основные проблемы, ограничивающие разработку диагностических и терапевтических инструментов следующего поколения?

Есть много проблем. Это зависит от того, говорим ли мы о диагностике или о терапии. На диагностическом фронте это то, что вы можете обнаружить, как мало вы можете обнаружить и где вы можете это обнаружить. Нанотехнологии играют решающую роль в этом аспекте, поскольку наноструктуры позволяют создавать многофункциональные материалы, способные ориентироваться в различных средах, связываться с мишенями очень специфическими способами и передавать уникальные сигналы. Эти свойства превращаются в инновационные диагностические возможности. Нанонаука и технологии могут применяться для диагностики in vitro, внутриклеточно или даже in vivo. На терапевтическом фронте все зависит от того, как вы доставляете лекарственные средства в точку или в ту область, где они необходимы. Это часто включает в себя навигацию в действительно сложной среде тканей, клеток и компартментов внутри клеток. Многофункциональность наноструктур позволяет делать это уникальными способами.

В каких областях медицины в настоящее время используются наноматериалы?

Повсеместно используются диагностические средства, основанные на нанотехнологиях. Примером может служить система Verigene, разработанная компанией Nanosphere, которую мы основали около 20 лет назад. Компания, которая первой коммерциализировала систему Verigene, была куплена Luminex, которую затем купила DiaSorin. Этот инструмент используется более чем в половине лучших больниц мира для отслеживания генетических маркеров, связанных с заболеванием.

Существуют конструкции, называемые нано-вспышками, которые используются во всем мире для измерения содержания внутриклеточной РНК. Сейчас разрабатывается целый ряд инструментов, которые станут коммерческими инструментами, позволяющими улучшить эти возможности, а также выйти в неизведанные области, в том числе в естественных условиях изображения.

Существуют ли какие-либо наноматериалы, которые были особенно заметны в этой области, и почему?

Примером выдающегося материала является нечто, называемое сферическим. нуклеиновая кислота, который мы изобрели 25 лет назад. Это конструкции, созданные путем взятия небольших фрагментов ДНК или РНК и их химической функционализации таким образом, чтобы их можно было наносить на поверхности сферических частиц — крошечных наночастиц. При высокой плотности нити ДНК или РНК вынуждены стоять вертикально и принимать форму ядра частицы, отсюда и термин «сферическая нуклеиновая кислота». Эти конструкции являются основой для коммерческих зондов, используемых, например, в системе Verigene.

Они также являются основой технологии нанофакелов. Они являются основой для технологии fit-flare и основой для многих новых лекарственных средств, позволяющих контролировать экспрессию генов уникальными способами и создавать новые вакцины. Они могут стать адъювантами вакцин, а когда их модифицируют пептидами, их можно использовать для обучения вашей иммунной системы избирательному искоренению инфекционных заболеваний, таких как COVID, или различных форм рака. Они также являются основой для новых типов возможностей редактирования генов CRISPR. В отличие от обычных ДНК и РНК, сферические нуклеиновые кислоты могут достаточно свободно проникать в клетки и ткани.

Если вы возьмете Cas9, белок, участвующий в CRISPR, или любой из белков Cas, и модифицируете его с помощью ДНК и нагрузите компонентами CRISPR, вы теперь сможете ввести его в клетки и ткани, в которые обычно не могли попасть. Вы можете влиять на редактирование генов новыми и мощными способами.

Какую роль играет токсикологический анализ в создании медицинских устройств на основе нанотехнологий?

Токсичность всегда является ключевой проблемой всего, что будет использоваться. в естественных условиях. Но даже для вещей, бывших в употреблении в пробирке, вы хотите знать основную токсичность различных компонентов. Знание того, где и как безопасно использовать эти конструкции, является важной частью любого упражнения, такого как разработка зондов или терапевтических инструментов.

Насколько важен междисциплинарный подход к рабочим процессам, которые надеются интегрировать нанотехнологии в разработку новой диагностической или терапевтической системы?

Нанотехнологии является конечной междисциплинарной областью в том смысле, что она действительно посвящена переопределению всей науки, техники и аспектов медицины. Когда вы берете материал и уменьшаете его размер или молекулярные компоненты и собираете их до наномасштаба, все эти конструкции имеют новые свойства, которые сильно отличаются от объемных.

Там много научных открытий — понимание структуры-функции, взаимосвязей — и приложений. Как мне использовать эти свойства для разработки новых инструментов, которые могут управлять биологией, медициной, чистой энергией, оптикой или электроникой? В зависимости от того, для чего мы используем эти материалы, мы обращаемся к различным дисциплинам для решения этих проблем, часто очень командно-ориентированным способом. Редко можно увидеть кого-то действительно преуспевающего в этой области, который либо не обладает широким набором навыков, либо не окружает себя большим количеством людей из разных областей.

Существуют ли какие-то конкретные нанотехнологии, помогающие бороться с разрушительными заболеваниями, такими как рак?

Нанотехнологий много. Это одна из самых захватывающих областей продвижения. Мы только что пережили COVID, и вакцины, разработанные для защиты от COVID, несомненно, стали революцией в медицине. Эти вакцины, липидные частицы, которые заключают в себе мРНК, могут позволить вам эффективно обмануть или научить ваши клетки производить антиген которые вызывают специфический иммунный ответ. Они являются примерами того, как наноструктуры или микроструктуры в данном конкретном случае могут играть большую роль в развитии медицины.

Это становится еще лучше, когда вы начинаете строить более мелкие структуры и контролировать представление компонентов, чтобы вы могли разрабатывать новые мощные формы иммунотерапии, которые борются с раком уникальными способами, например, имея возможность не только регулировать то, как эти компоненты попадают в клетки. , но и то, как они обрабатываются в этих клетках, чтобы вы могли максимизировать эффективность определенного типа лекарств или, в данном случае, вакцины.

Над чем вы сейчас работаете, что вас особенно волнует?

Концепция рациональной вакцинологии заключается в том, что структура имеет значение. Если вы думаете о фармацевтических разработках за последние пять десятилетий, то вы увидите, что они в значительной степени сосредоточены на малых молекулах и биологических препаратах на их структуре. Иногда один атом может измениться эффективность препарат.

С вакцинами мы этого не делаем. Это потрясающе. Мы берем два компонента, адъювант и антиген, смешиваем их вместе, делаем инъекцию и надеемся на соответствующий иммунный ответ. Рациональная вакцинология говорит, что если я возьму эти компоненты в наноструктуре и представлю их по-разному, я смогу получить разные эффекты и значительно перейти от неэффективного к целебному доступу.

На множестве различных животных моделей мы показали, что рациональная вакцинология реальна и что если вы возьмете ряд компонентов, предназначенных для создания вакцины, и соответствующим образом структурируете их, вы сможете значительно повысить их эффективность.

С вакцинами мы этого не делаем. Это потрясающе. Мы берем два компонента, адъювант и антиген, смешиваем их вместе, делаем инъекцию и надеемся на соответствующий иммунный ответ. Рациональная вакцинология говорит, что если я возьму эти компоненты в наноструктуре и представлю их по-разному, я смогу получить разные эффекты и значительно продвинуться от неэффективного к излечивающему доступу.

На множестве различных животных моделей мы показали, что рациональная вакцинология реальна и что если вы возьмете ряд компонентов, предназначенных для создания вакцины, и соответствующим образом структурируете их, вы сможете значительно повысить их эффективность.

Что вас больше всего волнует на Pittcon 2024 в следующем году в Сан-Диего?

Мне нравится видеть все новые инструменты и возможности, которые появляются в сети. Инструменты управляют моим полем. Они ездят практически по всем полям. Аналитические инструменты действительно являются основой всего, что мы делаем. Новые возможности ведут к новым достижениям. Новые достижения ведут к новым возможностям.

Пандемия COVID-19 повлияла на такие выставки, как Pittcon. Насколько важно, чтобы спикеры и экспоненты встречались лицом к лицу на подобных мероприятиях?

Личные мероприятия, такие как Питткон, имеют решающее значение. Так много было потеряно за годы COVID, не только с точки зрения производительности лаборатории, но и с точки зрения личных контактов и обмена информацией. Наука процветает, когда существует много взаимодействия между учеными. Это взаимодействие намного лучше лицом к лицу, чем через Zoom или другие возможности удаленного типа.

О докторе Чаде Миркине

Чад А. Миркин, доктор философии, является директором Международного института нанотехнологий и профессором Ратмана в области химии, материаловедения и инженерии, химической и биологической инженерии, биомедицинской инженерии и медицины в Северо-Западном университете. Он химик и эксперт в области нанонауки, известный своим изобретением сферических нуклеиновых кислот, нанолитографии с помощью погружного пера и связанных с ними бесконсольных наноструктур и методологий обнаружения материалов, а также быстрой печати с большой площадью, а также вкладом в синтез наночастиц и супрамолекулярная химия. Он является автором >850 статей и >1,200 патентов по всему миру (более 400 выдано) и основал более 10 компаний. Миркин был отмечен более чем 250 наградами. В течение восьми лет он работал в Президентском совете советников по науке и технологиям и является одним из очень немногих ученых, избранных во все три национальные академии США, а также в Американскую академию искусств и наук. Миркин входил в редакционные советы более 30 научных журналов, является редактором-основателем журнала Small, был заместителем редактора J. Am. хим. Soc., и является Proc. Натл. акад. науч. Член редколлегии США.

О Питткон

Питткон^® является зарегистрированным товарным знаком The Pittsburgh Conference on Analytical Chemistry and Applied Spectroscopy, некоммерческой организации Пенсильвании. Pittcon, спонсируемый Обществом спектроскопии Питтсбурга и Обществом химиков-аналитиков Питтсбурга, является главной ежегодной конференцией и выставкой по лабораторным наукам.

Доходы от Питткона финансируют научное образование и информационно-пропагандистскую деятельность на всех уровнях, от детского сада до взрослых. Pittcon жертвует более миллиона долларов в год на финансовую и административную поддержку различных научных мероприятий, включая гранты на научное оборудование, исследовательские гранты, стипендии и стажировки для студентов, награды учителям и профессорам, а также гранты государственным научным центрам, библиотекам и музеям. .

Войти питткон.орг чтобы получить больше информации.

Политика в отношении спонсируемого контента: News-Medical.net публикует статьи и соответствующий контент, который может быть получен из источников, с которыми у нас есть существующие коммерческие отношения, при условии, что такой контент повышает ценность основного редакционного духа News-Medical.Net, который заключается в обучении и информировании посетителей сайта, заинтересованных в медицинские исследования, наука, медицинские устройства и методы лечения.

Политика в отношении спонсируемого контента: News-Medical.net публикует статьи и соответствующий контент, который может быть получен из источников, с которыми у нас есть существующие коммерческие отношения, при условии, что такой контент повышает ценность основного редакционного духа News-Medical.Net, который заключается в обучении и информировании посетителей сайта, интересующихся медицинскими вопросами. исследования, наука, медицинские устройства и методы лечения.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• ПлатонАйСтрим. Анализ данных Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Чеканка будущего с Эдриенн Эшли. Доступ здесь.
• Источник: https://www.news-medical.net/news/20230427/Developing-Next-Generation-Nanomaterials-for-Medical-Applications.aspx