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新銳公司Sherlock Biosciences專注全新診斷工具,開拓多種場景快速檢測

2019-11-11 16:25:56 來源:動脈網 點擊:499

【大比特導讀】SHERLOCK和INSPECTR的開發將為實現各種通用場景的診斷帶來可能。

繼今年三月獲得了由Northpond Ventures和BV百度風投領投的3500萬美元的融資之后,生物診斷公司Sherlock Biosciences在過去兩個月中又接連獲得了DTRA以及比爾及梅琳達·蓋茨基金會的兩筆額外資助。這些資金將有助于該公司推進旗下的兩個技術平臺SHERLOCK和INSPECTR的開發,為新診斷場景打下堅實基礎,以實現各種通用場景的診斷。

今年9月,Sherlock Biosciences宣布從DTRA獲得了約200萬美元的補助金,資金將用于推進在病原體和其他生物威脅上的快速診斷。這項維持大約兩年的補助金將幫助Sherlock Biosciences擴展Sherlock平臺在戰場環境下的應用,同時完善該平臺的計算工具

醫療診斷工具

緊接著上周,Sherlock Biosciences又宣布他們獲得了比爾及梅琳達·蓋茨基金會的資助,補助金將支持他們做進一步的研發,側重于研發在資源匱乏的環境下的診斷應用。本次資助的具體資助金額未公布。

Sherlock Biosciences旗下的兩個技術平臺SHERLOCK和INSPECTR分別從布羅德研究所(Broad Institute)和哈佛大學獲得技術授權,囊括CRISPR和合成生物學在內的一系列獨特專利,以此來開發新一代的低成本、快速且廣譜適用的分子診斷技術。

換而言之,該公司并沒有選擇改善現有的診斷檢測方法,而是試圖開發全新的診斷路徑,以實現各種目前還無法做到的快速病種檢測,“我們想要實現那些應該做快速檢測的,但是(市場上)還沒有的(那些場景/疾病)。”Sherlock Biosciences首席執行官Rahul Dhanda這樣總結未來新診斷技術可能的應用場景。因此,盡管按照公司的設想,Sherlock的最佳檢測場景是在醫生的辦公室或者醫院中,但未來也完全可能被應用到戰場、家庭等醫療資源匱乏/難獲取的環境中。

SHERLOCK(特異性高靈敏度酶報告器,Specific High-sensitivity Enzymatic Reporter unLOCKing)是該公司的基礎平臺之一,由張鋒的團隊于布羅德研究所研發并改進,可在現場診斷和診所診斷中使用。并在2018年4月由布羅德研究所研究人員Pardis Sabeti領導的團隊成功展示了SHERLOCK可以在現場檢測寨卡病毒。

SHERLOCK將各種CRISPR-Cas13系列的酶、Cas12a和Csm6結合使用,可以同時檢測多種核酸。SHERLOCK還具備一個紙制的雙向流動條,像驗孕棒一樣,在不借助任何外界儀器的幫助下就能直觀讀數。

公司的另一個基礎平臺INSPECTR(內鍵配對表達翻譯反應器,INternal Splint-Pairing Expression Cassette Translation Reaction)是由哈佛大學韋斯研究所的Jim Collins領導開發的基于合成生物學的分子診斷系統。該系統可以在沒有任何儀器幫助的室溫條件下對單個核苷酸目標進行區分。INSPECTR由DNA雜交的傳感器組成,該傳感器可進行編程以檢測具有單堿基對特異性的目標核酸,再通過基于紙質的合成基因網絡將傳感器的檢測結果轉化為生物發光信號。

據Sherlock Biosciences首席執行官Rahul Dhanda所言,Sherlock Biosciences獲得的資金會用于進一步開發這些技術。公司還同步投入了深度學習人工智能技術的研發,用于加快SHERLOCK和INSPECTR的新診斷程序的開發。

“一部分資金將用于設計檢測的生物信息學前端,前端開發效率非常高,我們可以對任何新出現的(生物)威脅做出非常迅速地反應。”Rahul Dhanda表示,“如果有人開發了一種新的傳染媒介(他們可以)將其武器化,那么我們的技術能夠對其做出快速回應,以便迅速找到一些解決方案去應對它。”

同時,比爾及梅琳達·蓋茨基金會的補助金將主要用于開發低成本、高準確率、簡單快速的分子診斷工具,這些工具可以部署在該基金會關注的地區,讓那些在資源匱乏地方的醫護人員也能使用這些高科技的疾病檢測儀器。Rahul Dhanda表示,比爾及梅琳達·蓋茨基金會有一份目標地區清單,希望在資源匱乏的環境中也能進行診斷和檢測。

對于Sherlock Biosciences公司而言,該筆資金的主要用途是推進SHERLOCK平臺,并且讓該公司進一步開發INSPECTR平臺,讓該技術能夠在幾乎任何地方得到使用。

“籠統的說,我認為如果需要做一些超快速和超靈敏的檢測,我們更可能使用SHERLOCK,因為它的靈敏度更高一點。”Rahul Dhanda解釋說,“如果在非常偏遠的地區進行檢測,這種情況下,即時電池供電的小型儀器也不支持使用,我們就可能使用INSPECTR了。”

“Sherlock Biosciences正在開發不同檢測方案,基金會也希望用多個檢測,觀察同一種感染的多個標記物,每一個都可以診斷出單一類型的感染因子。”Rahul Dhanda說道。

Sherlock Biosciences已經在SHERLOCK和INSPECTR平臺進行了進一步的開發。對于SHERLOCK,研究人員正在考慮使用新的核酸酶,試圖確定哪些酶在哪種情況下將是有效的。

“圍繞SHERLOCK的大多數改進都是確保每種檢測能夠穩定一致地進行,以便我們可以擴展規模,然后適當地制造和開發產品。”Rahul Dhanda補充道,“我們已經提高了很多性能,以確保它能夠滿足我們進行的任何檢測和開發的任何產品。”

至于INSPECTR,Sherlock Biosciences首席技術官William Blake 解釋說,公司試圖使用該平臺來填補當前的分子診斷技術與傳統檢測(如免疫檢測)之間的空白,這些檢測非常簡單且無需高額花費。

“現在還不存在另一種類似免疫組化的檢測核酸的分析方法,因此INSPECTR將有能力成為這樣一個平臺。”William Blake說道,“將核酸雜交轉變為編碼輸出,這可能是一個reporter(通訊員),它能催化反應并改變顏色,通過傳統的橫向流檢測到抗原。因此,在內部我們正在推動該技術朝著簡單易用的診斷方向發展,該檢測不需要設備和溫度控制,而這些條件是現在分子診斷技術所必須的。”

William Blake解釋道:“這項技術建立在無細胞系統之上,該系統使細胞的某些功能能夠在活細胞的環境之外正常運作。Collins實驗室的研究表明,無細胞系統本質上是細胞提取物,能夠使功能(例如轉錄和翻譯)在同質環境中發生。同時如果將細胞提取物冷凍干燥成紙之類的多孔基質,這種無細胞系統可以在室溫下保存一年以上,其轉錄、翻譯等功能仍然有效。”

“這就奠定了INSPECTR平臺的基礎,INSPECTR使用的正是無細胞系統,具備低成本和可編程能力,可以通過冷凍干燥來穩定化,以在室溫環境下存儲。”William Blake說道,“這與探針設計方面的創新相結合,使INSPECTR能夠根據靶標的存在將核酸序列探針整合在一起。當這些探針序列整合在一起時,就會形成表達序列,能夠在無細胞系統中轉化為預先編碼的輸出信號,然后催化顯色反應。”

而且,由于無細胞系統可以在較寬的溫度范圍內保持活性,這對于常規的免疫組化則無法使用,并且無需對靶序列的擴增,因此該平臺可開發出無儀器紙張或一次性塑料的診斷技術,產品有點類似于現代的妊娠試紙。

Sherlock Biosciences還在尋找將SHERLOCK和INSPECTR結合在一起協同工作的方法。William Blake表示,這種結合可以利用INSPECTR在前端環境溫度下檢測核酸的能力,以及SHERLOCK在后端產生的各種特殊的反應能力。

“因此,通過結合技術并利用我們基于CRISPR-Cas的技術能力,能夠在無須配備儀器使用的情況下,讓基于CRISPR-Cas的診斷系統達到很高的特異性優勢。”William Blake補充道。

從應用出口講,Sherlock Biosciences正在尋找需要集中、快速、高度敏感性能的應用場景,并將最初的研究重點放在傳染病上。但是,該公司最令人興奮的是創建了全新的診斷平臺,這區別于所有最近開發的檢測技術,絕大多數檢測技術在過去的三四十年里只是在做微改進。

“(生物工程學的)診斷工具應用廣泛并且功能強大,而它們的引入解決了我們以前認為無法解決的問題。”Rahul Dhanda說道,“令我感到興奮的是,INSPECTR和CRISPR也在這一類別中……(這使得)我們可以采用新技術解決問題,而不只是優化現有技術。診斷是一個單獨的領域,人們一直在尋找如何可以加快PCR的反應速度或使用微流控技術純化樣品的方法。相反,全新的平臺使用這些工程生物學工具,直接回答所有的問題,實際上也包含了我們要分析的生物學。”

按照Rahul Dhanda的思維方式,這種新的診斷方式將使Sherlock Biosciences能夠針對多種環境進行診斷檢測。他說:“新的平臺可以使得我們在當今任何地方進行DNA檢測,這是前所未有的突破。”

例如,醫生可以在辦公室對患者進行流感等感染檢測,并迅速得到結果;患者可以在家中進行自我檢測,然后無須離開家就可以咨詢醫生。可以用來長期監測病人治療后的效果。更重要的是,這樣的快速診斷產品可以在發展中國家使用。

實際上,該公司正在研究開發用于療效監測的檢測方法,盡管該想法仍處于早期階段,但該技術可能在腫瘤復發監測完美解決病人依從性難題。Rahul Dhanda表示,Sherlock Biosciences還在與制藥公司進行了討論,以將該檢測技術平臺應用于開發藥物研發。

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