KANARKA komórkowa

Cell CANARY (Cellular Analysis and Notification of Antigen Risks and Yields) to najnowsza technologia wykorzystująca genetycznie zmodyfikowane komórki B do identyfikacji patogenów . Istniejące technologie wykrywania patogenów obejmują Zintegrowany System Detekcji Biologicznej i Wspólny Detektor Czynników Chemicznych.

Historia

W 2007 roku Benjamin Shapiro, Pamela Abshire , Elisabeth Smela i Denis Wirtz otrzymali patent zatytułowany „Komórki kanarków do wykrywania biochemicznego patogenu. Udało im się zmanipulować czujniki tak, aby były wrażliwe na narażenie na określone zagrożenia, takie jak materiały wybuchowe lub patogeny biologiczne. Tym, co wyróżnia CANARY spośród innych metod, jest to, że system jest szybszy i ma mniejszą liczbę błędnych odczytów. Istniejące metody wykrywania patogenów wymagały zapakowania próbki i wysłania jej do laboratorium, w którym techniki takie jak spektrometria mas i reakcja łańcuchowa polimerazy ostatecznie dostarczyły planu sekwencji nukleotydowych obecnych w próbce. Patogen został następnie określony na podstawie bazy danych nukleotydów patogenu w aktach. Często powodowało to dużą liczbę wyników fałszywie dodatnich i fałszywie ujemnych ze względu na niespecyficzny charakter wiązania nukleotydów. Techniki te wymagały również czasu, który jest niewykonalny w nieuchronnych sytuacjach.

metoda

Cell CANARY to jedno z najnowszych, najszybszych i najbardziej opłacalnych podejść do wykrywania patogenów w próbce. Ma zdolność wykrywania patogenów w różnych mediach, zarówno płynnych, jak i powietrznych, przy ułamku stężenia wymaganego przez starsze metody do wytworzenia wiarygodnego sygnału. CANARY wykorzystuje komórkę B, formę białych krwinek, która stanowi podstawę naturalnej obrony człowieka. Szereg tych komórek b jest przymocowany do chipa. Geny do produkcji przeciwciał są naturalnie włączone w tych komórkach β, co pozwala przeciwciałom pokryć zewnętrzną powierzchnię komórek. Geny kodujące przeciwciała są następnie regulowane w górę w tych komórkach, co pozwala na większą produkcję przeciwciał, a tym samym większą powierzchnię komórek do pokrycia przeciwciałami.

Ta zasada inżynierii umożliwia wykrywanie przez komórki niższych stężeń antygenu. Antygeny mogą następnie wiązać się z przeciwciałami, powodując kilka naturalnie występujących reakcji komórek B. W końcowym etapie tych reakcji uwalniane są jony Ca2+, aw obecności ekworyny emitowane są fotony . Aequorin to fotoproteina , którą można ekstrahować z organizmów morskich, takich jak luminescencyjne ryby. Emitowane fotony można następnie odczytać za pomocą chipa, do którego przymocowano tablicę zmodyfikowanych komórek B, ostatecznie zapewniając odczyt obecnego patogenu (patogenów).

Krok 1: Limfocyty B są eksponowane przez antygeny. Krok 2: antygeny są przyłączane do przeciwciał. Krok 3: kinaza tyrozynowa prowadzi do IP3 i DAG, uwalniany jest Ca2+. Krok 4: Otwiera się kanał Ca2+ i ekworyna emituje fotony. Krok 5, wykrywane są fotony.

Unikalny zestaw odpowiedzi jest wykazywany po ekspozycji na każdy pojedynczy patogen. Dlatego komórki będą różnie reagować na wprowadzenie określonego patogenu, specyficzny charakter, w jakim komórki „kanarka” reagują na patogen, wskazuje na unikalną tożsamość wprowadzonego patogenu. Im więcej mierzy się odpowiedzi komórki na patogen, tym dokładniej można zidentyfikować patogen. Wreszcie, po ustaleniu obecności i tożsamości patogenu, wszystkie zakażone osoby mogą być skutecznie leczone.

Aplikacja

Nadal potrzebne są ulepszenia dotyczące konkretnych aspektów tego skomplikowanego procesu. Niektóre z wyzwań obejmują „budowę obwodów, które mogą wchodzić w interakcje z komórkami i przesyłać ostrzeżenia o ich stanie”, opracowanie technologii kontrolowania położenia komórek na chipie, utrzymanie komórek zdolnych do życia po umieszczeniu na chipie oraz stworzenie środowiska życia, które wspiera komórki, ale chroni wrażliwe części czujnika. Konsekwencje szybszej technologii wykrywania patogenów są szeroko rozpowszechnione. Pacjent byłby w stanie odwiedzić lekarza, dostarczyć próbkę krwi lub moczu i uzyskać analizę w ciągu kilku minut. Pacjent i lekarz nie musieliby już czekać na wyniki badań laboratoryjnych, aby stwierdzić obecność ciał obcych. Wojsko byłoby w stanie przetestować próbki powietrza i próbki wody, aby wykryć zagrożenia bezpośrednio przed wysłaniem. Wysokie, a nawet zwykłe budynki biurowe mogłyby mieć te czujniki w każdym korytarzu, aby proaktywnie polować na patogeny przenoszone drogą powietrzną, pozostawiając wystarczająco dużo czasu na ewakuację. Wraca to do idei „kanarka w kopalni węgla”, w której komórki B działają jak kanarek, wyczuwając niebezpieczeństwo z wyprzedzeniem.

Linki zewnętrzne