این اسپینوت MIT ذخیره سازی زیست مولکول را از فریزر خارج می کند | اخبار MIT

از زمان اختراع فریزرها ، صنعت علوم زندگی به آنها متکی است. دلیل این امر این است که بسیاری از نمونه های بیمار ، نامزدهای مواد مخدر و سایر بیولوژیک ها باید در فریزرهای قدرتمند ذخیره و حمل شوند یا با یخ خشک احاطه شوند تا پایدار بمانند.

این مشکل در طول همه گیر COVID-19 به نمایش در آمد ، هنگامی که بار کامیون واکسن ها باید دور شوند زیرا در هنگام حمل و نقل ذوب شده بودند. امروز ، سهام حتی بیشتر است. داروی دقیق ، از روشهای درمانی سلول CAR-T گرفته تا توالی DNA تومور که درمان سرطان را راهنمایی می کند ، به نمونه های بیولوژیکی بکر بستگی دارد. با این وجود ، یک قطع برق واحد ، تأخیر در حمل و نقل یا عدم موفقیت تجهیزات می تواند نمونه های بیمار غیر قابل جبران را از بین ببرد ، تا هفته ها درمان را پشت سر بگذارد یا آن را به طور کامل متوقف کند. در مناطق از راه دور و کشورهای در حال توسعه ، فقدان ذخیره سازی سرد قابل اعتماد به طور موثری کل جمعیت را از این پیشرفت های نجات دهنده زندگی می کند.

DNA حافظه نهان می خواهد صنعت را از فریزر آزاد کند. در MIT ، بنیانگذاران این شرکت روش جدیدی را برای ذخیره و حفظ مولکول های DNA در دمای اتاق ایجاد کردند. اکنون این شرکت در حال ساخت فن آوری های حفظ زیست مولکول است که می تواند در برنامه های کاربردی در سراسر مراقبت های بهداشتی ، از آزمایش معمول خون و غربالگری سرطان گرفته تا تحقیقات بیماری نادر و آمادگی همه گیر استفاده شود.

جیمز بیال ، بنیانگذار Cache DNA می گوید: “ما می خواهیم پارادایم را به چالش بکشیم.” “Biotech بیش از 50 سال به زنجیره سرد متکی است. چرا این تغییر نکرده است؟ در همین حال ، هزینه توالی DNA از 3 میلیارد دلار برای اولین ژنوم انسانی به زیر 200 دلار کاهش یافته است.

از آنجا که این شرکت برای حفظ مولکولهای زیستی فراتر از DNA و مقیاس تولید کیت های خود کار می کند ، با همکاری بنیادی و MIT استاد مارک وان معتقد است که فناوری آنها می تواند با ایجاد ذخیره سازی نمونه برای دانشمندان در سراسر جهان ، بینش های بهداشتی جدیدی را باز کند.

بانال می گوید: “تصور کنید اگر هر انسانی روی زمین می تواند به یک بیوبانک جهانی کمک کند ، نه فقط کسانی که تقریباً در مراکز فریزر میلیون دلاری زندگی می کنند.” “این 8 میلیارد داستان بیولوژیکی به جای فقط تعداد معدودی ممتاز است. درمان هایی که ما از دست می دهیم ممکن است در زیست مولکولهای کسی که هرگز نتوانسته ایم به آن برسیم مخفی شود.”

از محاسبات کوانتومی تا “پارک ژوراسیک”

Banal از استرالیا به MIT آمد تا به عنوان یک پست دکتری تحت حمام ، استاد گروه مهندسی بیولوژیکی MIT کار کند. Banal در درجه اول در مرکز اگزیتونیک MIT-Harvard مورد مطالعه قرار گرفت ، که از طریق آن با محققان سراسر MIT همکاری کرد.

Banal به یاد می آورد: “من روی برخی از چیزهای واقعاً حواس پرت ، مانند فناوری نانو DNA و تقاطع آن با محاسبات کوانتومی و فتوسنتز مصنوعی کار کردم.”

پروژه دیگری با استفاده از DNA برای ذخیره داده ها متمرکز شده است. در حالی که رایانه ها داده ها را به عنوان 0 و 1 ذخیره می کنند ، DNA می تواند همان اطلاعات را با استفاده از نوکلئوتیدهای A ، T ، G و C ذخیره کند و امکان ذخیره سازی بسیار متراکم داده ها را فراهم می کند: با یک تخمین ، 1 گرم DNA می تواند تا 215 پتابیت داده را نگه دارد.

پس از سه سال کار ، در سال 2021 ، Banal و Bathe سیستمی را ایجاد کردند که داده های مبتنی بر DNA را در ذرات شیشه ای ریز ذخیره می کرد. آنها در همان سال DNA Cache DNA را تأسیس کردند و با کار با دفتر صدور مجوز فناوری MIT ، استفاده از این فناوری برای ذخیره نمونه های اسید نوکلئیک بالینی و همچنین داده های DNA ، مالکیت معنوی را تأمین کردند. با این وجود ، این فناوری بیش از حد نوپا بود که در آن زمان برای اکثر برنامه های تجاری مورد استفاده قرار می گرفت.

استاد شیمی ارمیا جانسون رویکرد متفاوتی داشت. تحقیقات وی نشان داده بود که با افزودن پیوندهای مولکولی قابل برش ، می توان پلاستیک و لاستیک های خاصی را بازیافت کرد. جانسون فکر کرد که فناوری DNA Cache می تواند با استفاده از پلیمرهای شبیه کهربا مانند خود ، سریعتر و قابل اطمینان تر باشد ، مشابه این که محققان در فیلم “پارک ژوراسیک” DNA دایناسور باستانی را از رزین کهربا فسیل یک درخت بازیابی می کنند.

بانال به یاد می آورد: “این اساساً به عنوان یک گفتگوی سرگرم کننده در امتداد سالن های ساختمان 16 آغاز شد.” “او کار من را دیده بود ، و من از نوآوری های آزمایشگاه او آگاه بودم.”

Banal بلافاصله پتانسیل را دید. او با بار زنجیره سرد آشنا بود. برای آزمایش های MIT ، او نمونه هایی را در فریزرهای بزرگ نگهداری می کند که در دمای 80 درجه سانتیگراد نگهداری می شود. نمونه ها گاهی اوقات در فریزر گم می شوند یا در ساخت یخ اجتناب ناپذیر دفن می شوند. حتی هنگامی که کاملاً حفظ شده بودند ، نمونه ها می توانند در هنگام ذوب شدن تخریب شوند.

به عنوان بخشی از همکاری بین DNA Cache و MIT ، Banal ، Johnson و دو محقق در آزمایشگاه جانسون یک پلیمر را ایجاد کردند که DNA را در دمای اتاق ذخیره می کند. آنها در یک گره به الهام خود ، آنها با رمزگذاری توالی های DNA با آهنگ تم “پارک ژوراسیک” این رویکرد را نشان دادندبشر

پلیمرهای محققان می توانند ماده ای را به عنوان مایع در بر گیرند و سپس هنگام گرم شدن یک بلوک جامد و مانند شیشه ای تشکیل دهند. برای انتشار DNA ، محققان می توانند یک مولکول به نام سیستامین و یک ماده شوینده ویژه اضافه کنند. محققان نشان دادند كه این فرایند می تواند برای ذخیره و دسترسی به 50،000 جفت پایه یك ژنوم انسانی بدون ایجاد آسیب ، كار كند.

بانال می گوید: “کهربا واقعی در حفظ عالی نیست. متخلخل است و به رطوبت و هوا اجازه می دهد.” “آنچه ما ساختیم کاملاً متفاوت است: یک شبکه پلیمری متراکم که یک سد غیرقابل نفوذ در اطراف DNA را تشکیل می دهد. مانند آن مانند خلاء ، اما در سطح مولکولی فکر کنید. پلیمر آنقدر آبگریز است که آب و آنزیم هایی که به طور معمول DNA را از بین می برند ، نمی توانند از بین بروند.”

از آنجا که این تحقیق شکل می گرفت ، DNA حافظه پنهان در حال یادگیری بود که ذخیره نمونه از بیمارستان ها و آزمایشگاه های تحقیقاتی یک مشکل بزرگ است. در جاهایی مانند فلوریدا و سنگاپور ، محققان گفتند که با تأثیرات رطوبت بر روی نمونه ها ، سردرد ثابت دیگری بود. محققان دیگر در سراسر جهان می خواستند بدانند که آیا این فناوری به آنها در جمع آوری نمونه های خارج از آزمایشگاه کمک می کند یا خیر.

بانال می گوید: “بیمارستان ها به ما گفتند که آنها از فضا فرار می کنند.” “آنها مجبور بودند نمونه ها را به بیرون پرتاب کنند ، مجموعه نمونه ها را محدود کنند و به عنوان یک سناریوی مورد آخر ، از یک فناوری ذخیره سازی چند ساله استفاده می کنند که منجر به تخریب پس از یک دوره زمانی کوتاه می شود. این یک ستاره شمالی برای حل این مشکلات بود.”

ابزاری جدید برای سلامت دقیق

سال گذشته ، Cache DNA بیش از 100 مورد از اولین کیت های حفظ DNA Alpha خود را به محققان در سراسر جهان ارسال کرد.

بانال می گوید: “ما به محققان نگفتیم كه از آن استفاده كنند ، و ذهن ما توسط موارد استفاده منفجر شد.” “برخی از آن برای جمع آوری نمونه ها در این زمینه استفاده می کردند که حمل و نقل سرماخوردگی امکان پذیر نبود. برخی دیگر برای ذخیره سازی طولانی مدت بایگانی ارزیابی می کردند. برنامه ها متفاوت بودند ، اما مشکل جهانی بود: همه آنها بدون محدودیت تبرید به ذخیره قابل اعتماد نیاز داشتند.”

Cache DNA مجموعه کاملی از فن آوری های حفظ را ایجاد کرده است که می تواند برای سناریوهای مختلف ذخیره سازی بهینه شود. این شرکت همچنین اخیراً کمک هزینه ای از بنیاد ملی علوم برای گسترش فناوری خود برای حفظ گسترده تری از زیست مولکولهای از جمله RNA و پروتئین ها دریافت کرده است که می تواند بینش جدیدی از سلامت و بیماری به همراه داشته باشد.

وان می گوید: “این نوآوری مهم به از بین بردن زنجیره سرما کمک می کند و این امکان را دارد که میلیون ها نمونه ژنتیکی را در سطح جهان برای DNA حافظه پنهان برای توانمندسازی داروهای شخصی باز کند.” “از بین بردن زنجیره سرد نیمی از معادله است. نیمی دیگر از هزاران تا میلیون ها یا حتی میلیارد ها نمونه اسید نوکلئیک در حال مقیاس است. در کنار هم ، این می تواند معادل” کتابهای گوگل “را برای اسیدهای نوکلئیک ذخیره شده در دمای اتاق ، چه برای نمونه های بالینی در محیط های بیمارستان و مناطق از راه دور از جهان ، یا در عوض برای بازیابی DNA داده و DNA DATAMATION DA”

بانال می گوید: “فریزرها جایی را که می تواند اتفاق بیفتد دیکته کرده اند.” “این محدودیت را حذف کنید ، و شما شروع به شکستن امکانات باز می کنید: ملل جزیره ای که ژنتیک منحصر به فرد خود را مطالعه می کنند بدون نمونه در حال مرگ در حال مرگ است ؛ هر بیمار نادر بیماری در سراسر جهان که به تحقیق کمک می کند ، نه فقط افراد نزدیک به بیمارستان های بزرگ ؛ این 2 میلیارد نفر بدون برق قابل اعتماد در نهایت به مطالعات بهداشت جهانی می پیوندند.