Nat Chem | 单粒子组合脂质纳米容器有望大幅降低制药成本
原创 图灵基因 图灵基因 2022-04-29 07:03
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高通量（HTP）组合方法——包括微阵列、芯片实验室系统、微流体、平行移液或机器人辅助方法——对于加速合成生化技术和发现平台至关重要。它们可以极大地减少人工投入，并提供小分子的自动并行筛选。也就是说，它们通常依赖于大规模分析，这使得它们受到运行时间长和材料成本过高的限制。
现在，一个研究团队提出了一种新技术，该技术允许该方法在纳米尺度上进行，从而最大限度地减少材料和能源的使用。该技术是一种由DNA介导的单粒子组合多重脂质体融合技术，用于单个亚微米纳米容器的并行多步非确定性融合。这一新工具将把疫苗和其他药品的开发速度提高一百万倍以上，同时最大限度地降低成本。
这项研究发表在《Nature Chemistry》上的一篇题为“Single-particle combinatorial multiplexed liposome fusion mediated by DNA”的文章中。
这种称为SPARCLD（基于DNA介导融合的单粒子组合脂质纳米容器融合）的新方法是单个zepto-liter纳米容器的并行化、多步骤和非确定性融合。
研究小组观察到表面栓系靶脂质体阵列的高效（93%以上）无泄漏融合序列，该阵列具有六个自由扩散的货物脂质体群，每个群体都用单独的lapidated DNA（LiNA）进行功能化，并通过不同比例的发色团进行荧光条形码标记。
随机融合会导致每个自主纳米容器的融合序列发生不同的排列。实时全内反射（TIRF）显微镜允许直接观察16000多个融合，并使用机器学习对566个不同的融合序列进行准确分类。该方法允许每平方毫米大约42000个纳米容器。
在一个比针头还小的区域内，可以合成和分析超过40000种不同的分子。该方法是通过丹麦高度跨学科的研究工作开发的，有望大幅降低制药公司的材料、能源和经济成本。
该方法通过使用类似肥皂的气泡作为纳米容器来工作。借助DNA纳米技术，可以在容器中混合多种成分。
“体积非常小，以至于材料的使用可以与使用一升水和一公斤材料而不是所有海洋中的全部水量来测试与珠穆朗玛峰整个质量相对应的材料进行比较。这是在努力、材料、人力和精力方面前所未有的节约。”哥本哈根大学化学系副教授Nikos Hatzakis博士说。
这种方法只需7分钟就能得出结果。
“节省无限的时间、精力和人力对于任何药物的合成开发和评估都至关重要。”Mette G. Malle博士说，她在Hatzakis实验室攻读博士学位，现在是Aarhus大学跨学科纳米科学中心的博士后研究员。
“我们的解决方案中没有一个元素是全新的，但它们从未如此无缝地结合在一起。”Hatzakis解释道。这一突破涉及整合来自通常相距遥远的学科的元素：合成生物化学、纳米技术、DNA合成、组合化学和机器学习。
“我们所拥有的非常接近实时读数。这意味着人们可以根据读数持续调整设置，从而增加显著的附加值。我们预计这将成为希望实施该解决方案的行业的一个关键因素。”Malle说。
Hatzakis指出，在考虑可能的应用时，“可以肯定的是，参与合成长分子（如聚合物）的工业和学术团体都可以率先采用这种方法。与药物开发相关的配体也是如此。该方法的一个特别之处在于它可以进一步集成，允许直接添加相关应用。”
例如，用于CRISPR的RNA，或用于筛选、检测和合成未来大流行疫苗的RNA的替代品。
