Разработка масштабируемой платформы для молекулярного мониторинга человека

Носимая медицинская электроника сейчас распространена повсеместно, но непрерывный молекулярный мониторинг широко доступен только для глюкозы. Десятилетия исследований расширили непрерывный мониторинг и на другие молекулы, но эти методы ограничены исследовательскими лабораториями и остаются оторванными от повседневного использования человеком. Мы предлагаем платформу для перевода и распространения этих новых технологий, позволяющую картировать изменяющийся во времени метаболом человека и разрабатывать устройства с замкнутым контуром для персонализированного здоровья.

Люди являются лучшими модельными организмами для человека, однако у нас мало инструментов для изучения биохимии человека in situ и в реальном времени. В базе данных метаболома человека перечислено около 20 000 обнаруженных соединений, из которых только ~ 3000 были определены количественно. Еще меньшее количество этих биомолекул было изучено с временным разрешением в продольных исследованиях на людях.

Сердечно-сосудистые, метаболические/эндокринные и фармакокинетические явления лекарств управляются биомолекулами, варьирующимися во времени от секунд до минут и часов, влияя на поведение и благополучие в аналогичных временных масштабах. В настоящее время единственным способом измерения этих молекул является лабораторное тестирование, которое мешает повседневной жизни. Более того, лабораторные испытания не могут проводиться с той частотой, которая необходима для выявления всех этих отклонений.

Напротив, носимые мониторы удобны в использовании и позволяют проводить непрерывные измерения в нужном масштабе времени. Эти мониторы требуют специально разработанных биосенсоров, поскольку существует ограниченное количество встречающихся в природе ферментов, которые генерируют непрерывные, изменяющиеся во времени электрические сигналы, подобные тем, которые используются в непрерывных мониторах глюкозы, которые в настоящее время являются единственными коммерчески доступными устройствами такого типа. Однако большинство лабораторий, разрабатывающих стратегии биосенсорства, не разрабатывают устройства, совместимые с человеком, и наоборот, создавая пропасть между этими двумя областями исследований и разработок.

Целью этого проекта является обеспечение минимально инвазивного непрерывного мониторинга более чем 100 аналитов в организме человека и предоставление устройств исследователям. В рамках этого проекта будет разработан испытательный стенд медицинского оборудования, который сможет использовать множество стратегий биосенсорства, применяемых академическими лабораториями для разработки устройств для экспериментов на людях. Наш технический подход сочетает в себе синтетические ионные каналы и конформационные переключатели в сочетании с матрицей КМОП для параллельной оценки многих аналитов. У нас уже есть доступ к индивидуальным технологиям изготовления, а стоимость и препятствия в разработке и производстве белков и кремниевых сенсоров имеют тенденцию к снижению.

Проект будет проходить через четыре взаимозависимых этапа:

Проект будет проходить через четыре взаимозависимых этапа.

Организации целевых исследований (FRO) — это ограниченные по времени исследовательские группы, ориентированные на миссию, организованные как стартап для решения конкретной научно-технической задачи среднего масштаба. Проекты FRO направлены на создание преобразующих новых инструментов, технологий, процессов или наборов данных, которые служат общественным благом, создавая новые возможности для исследовательского сообщества с целью ускорения научно-технического прогресса в более широком смысле. Крайне важно, что проекты FRO часто оказываются между трещинами, оставленными существующими источниками финансирования исследований из-за противоречивых стимулов, процессов, миссии или культуры. Вероятно, существует широкий спектр концепций проектов, для которых агентства могли бы использовать структуры типа FRO для достижения своей миссии и продвижения научного прогресса.

Этот проект соответствует модели в стиле FRO, поскольку четыре этапа исследования требуют жесткой обратной связи и стандартизации, а индустрия медицинского оборудования не заинтересована в проведении такого рода исследований. Частные компании обычно сосредотачиваются на нескольких молекулах, наиболее важных для лечения диабета, используя преимущества проверенных биосенсоров и предсказуемого страхового возмещения. Автономный некоммерческий институт лучше всего подходит для стандартизации и снижения риска экспериментов по молекулярному мониторингу, чтобы стать катализатором формирования консорциума экспериментаторов. Точно так же, как некоммерческая организация AddGene стандартизировала и демократизировала доступ к генетическому материалу, мы стремимся развивать институт аналогов для медицинских устройств.