Löftet om att snabbt och exakt kunna screena för sjukdomar eller kemiska föroreningar i en liten droppe blod har länge varit ett svårfångat mål. Men forskaren Daojing Wang säger att hans företags teknik klarar jobbet.

Som forskare vid Department of Energy Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), Wang och andra utvecklade en multinozzle emitter array (MEA), ett kiselchip som dramatiskt kan förkorta den tid det tar att identifiera proteiner, peptider, och andra molekylära komponenter inom små volymer biologiska prover. Denna patenterade teknik kommer nu att kommersialiseras av Newomics Inc., ett företag som Wang startade för att vidareutveckla produkten och bygga en plattform för personlig hälsovård.

"Vi kan förbättra känsligheten och genomströmningen av masspektrometri för att detektera biomarkörer i blod eller andra biologiska vätskor för precisionsmedicin, "sa Wang, grundare och VD för företaget. "Vår första produkt, M3 -sändaren, är upp till 10 gånger känsligare än konventionella sändare, och med några analytiker, till och med 100 gånger känsligare. "

Newomics produkt, som är baserad på kärntekniken som utvecklats vid Berkeley Lab, är utformad för att fungera med masspektrometrar, en maskin som vanligtvis används av forskare, läkemedelsindustrin, och alltmer i kliniska laboratorier, för att mäta strukturen och koncentrationen av molekyler. När molekylära delar har isolerats, forskare kan börja förstå hur de fungerar som ett system, ett område som kallas systembiologi som har stora löften för bättre läkemedel och diagnostik samt en mängd andra tillämpningar.

Hur det fungerar

Under hans 11 år på Berkeley Lab, Wang specialiserade sig på att utveckla nya verktyg och metoder för systembiologi. Hans samarbetspartners inom emittertekniken inkluderade Berkeley Lab -forskarna Pan Mao, tidigare i Labs Life Science Division, och Peidong Yang, en senior forskare vid materialvetenskapsavdelningen.

Han var motiverad att utveckla denna emitterteknologi för att påskynda så kallade "encelliga omics, "ett växande område inom biologi där DNA, RNA, proteiner, och metaboliter undersöks på individuell cellnivå, ger ny inblick i sjukdomar och immunitet.

Den dominerande metoden för analys av biologiska molekyler som peptider och proteiner i en komplex blandning är elektrosprayjoniseringsmasspektrometri (ESI-MS), en teknik där molekylära prover levereras till maskinen som en joniserad dimma, drivs av en elektrisk ström. Men det finns en flaskhals på framsidan av ESI-MS, gör det långsamt och dyrt. Varje prov måste laddas, uppradade, och sprutade en i taget.

Istället för en enda kapillär, Newomics M3 -sändare har åtta eller fler munstycken som arbetar tillsammans för att dela upp ett enda stort flöde i mindre flöden. För MEA, upp till 96 M3 sändare är förpackade på ett enda chip. Utvecklingen av dessa tekniker innebar en blandning av mikrofluid, mikroelektronisk, och elektrokemiska innovationer.

"Tänk dig en duschhuvuddesign. Du har ett stort flöde som kommer in, och många mindre flöden går ut, "Sa Wang." Du flyter lösningen genom chipet, och lösningen sprutas ut i droppar. Sedan detekteras molekylerna i dropparna av masspektrometern. Tanken är att när du har mindre droppar, du ökar joniseringseffektiviteten och känsligheten för masspektrometri. "

Vad den kan göra

Genom att rensa flaskhalsen och öka genomströmningen, Newomics sändare kan dramatiskt minska kostnaden för att testa varje prov. Och genom att förbättra känsligheten, det kommer också att vara möjligt att detektera mycket låga koncentrationer av molekyler. Till exempel, de visade att de kunde analysera många olika modifierade former av proteiner som glykat albumin och apolipoproteiner, förutom konventionell glukos och HbA1c vid diabetesövervakning, med en enda droppe blod. Sådana tester har potential att möjliggöra bättre långsiktig övervakning och sjukdomshantering av diabetes.

"Vi kan förbättra känsligheten och robustheten hos masspektrometri, "Sa Wang." Till exempel, om någon vill titta på arter med lågt antal, de kan använda våra enheter. Och förbättrad robusthet innebär att resultaten är mer reproducerbara och pålitliga. "

Förutom att producera sina sändarprodukter, Newomics utvecklar också tjänster för precisionsmedicin, en ny riktning inom hälso- och sjukvården där behandlingar anpassas för individer baserat på diagnostiska tester, såsom genomisk, proteomisk, eller molekylär analys.

"Att licensiera en Berkeley Lab -teknik som grunden för starten och sedan utveckla ett överlägset forskningsverktyg var bara ett första steg för Newomics, "sa Elsie Quaite-Randall, Berkeley Labs Chief Technology Transfer Officer. "Genom att förgrena sig till nya produkter och servicekategorier, Newomics visar den långtgående effekten, över tid, av DOE-finansierad grundforskning. "

Än så länge, företaget har utvecklat blodbaserade analyser för diagnos och behandling av diabetes, och för övervakning av miljögifter - särskilt PFC, eller perfluorerade kemikalier, konstgjorda kemikalier som används i en uppsjö av vardagsprodukter som är långsamma att brytas ner i kroppen och kan ha negativa effekter på människors hälsa.