Minute Ebenen des Krankheit festgestellt, mit Nanotechnologie verbesserte biochip

Die Schwierigkeit entdecken winzige Mengen der Krankheit in der Blutbahn zirkulierenden bewährt hat sich ein Stolperstein in der Erkennung und Behandlung von Krebserkrankungen, die vorher heimlich mit wenigen Symptomen. Mit einer neuartigen electrochemical biosensing Gerät, die die kleinsten Signale dieser Biomarker emittieren, ein paar NJIT Erfinder hoffen, diese Kluft zu überbrücken.

Ihre Arbeit in der Borreliose-Erkennung ist ein Beispiel für die macht der Elektro-sensing-und die wachsende Rolle der Ingenieure-in der medizinischen Forschung.

„Im Idealfall gäbe es eine einfache, kostengünstige Tests-durchgeführt in regelmäßigen Patienten besuchen in der Abwesenheit von bestimmten Symptomen, die — auf dem Bildschirm für einige der stillen, tödlichen Krebsarten“, sagt Bharath Babu Nunna, einer aktuellen Ph. D.-Absolvent, arbeitete mit Eon-Soo Lee, assistant professor of mechanical engineering, Entwicklung einer Nanotechnologie-verstärkten biochip zu erkennen, Krebs, malaria und Virus-Erkrankungen wie Lungenentzündung früh in Ihrer progression mit einem pin-prick, Bluttest.

Ihr Gerät ist mit einem mikrofluidischen Kanal, durch den eine winzige Menge von Blut gezeichnet Vergangenheit fließt ein sensing-Plattform beschichtet mit biologischen Arbeitsstoffen, die binden durch gezielte Biomarker von Infektionskrankheiten in Körperflüssigkeiten wie Blut, Tränen und Urin — und dabei die Auslösung einer elektrischen nanocircuit, dass Signale Ihre Anwesenheit.

In der Forschung vor kurzem veröffentlicht im Nano Covergence, Nunna und seine co-Autoren zeigten den Einsatz von gold-Nanopartikeln zur Verbesserung der sensor-signal-Reaktion bei Ihrem Gerät in der Krebs-Früherkennung, die unter anderem Erkenntnisse.

Eine der zentralen Innovationen ist die Fähigkeit zu trennen Blutplasma aus dem Vollblut in seine mikrofluidischen Kanäle. Blutplasma trägt die Biomarker der Krankheit, und es ist daher notwendig zu trennen, die zur Verbesserung des „signal-zu-Rausch-Verhältnis“ zu erreichen, um eine sehr genaue Prüfung. Die Stand-alone-Gerät analysiert eine Blutprobe innerhalb von zwei Minuten ohne die Notwendigkeit für externe Geräte.

„Unser Ansatz erkennt gezielt die Krankheit Biomoleküle bei der femto-Skala Konzentration, die kleiner ist als die nano-und sogar pico-Skala, und ist vergleichbar mit der Suche nach einem Planeten in einer Galaxie-cluster. Aktuelle sensing-Technologie beschränkt sich auf Konzentrationen, die tausend mal größer. Verwendung eines nanoskaligen Plattform erlaubt uns zu identifizieren, die die unteren Stufen der Krankheit,“ Nunna sagt, hinzufügen, „Und durch die Trennung von plasma von dem Blut, wir sind in der Lage zu konzentrieren, um den Biomarker der Krankheit.“

In einem anderen kürzlich erschienenen Papier im BioNanoScience, Nunna, Lee und Ihre co-Autoren detailliert Ihre Ergebnisse auf Variationen in der Empfindlichkeit basierend auf Mikrofluidik-Strömung.

Nunna ist jetzt ein postdoctoral research fellow an der Harvard Medical School, wo er baut seine expertise in Mikrofluidik-Plattformen, mit Ihnen in Orgel-auf-dem-chip-Forschung mit Su Ryon Shin, ein principal investigator und Lehrer in der medizinischen Schule der Abteilung der Medizin, die Entwicklung von 3D-bioprinted organoids-künstliche Organe aus kultivierten Zellen in strukturierten Hydrogelen, — für medizinische Experimente.

„Ich bin in Erster Linie verantwortlich für die Entwicklung der mikrofluidischen VORRICHTUNGEN, automatisieren den Prozess der 3D-bioprinting Organe, die integriert auf einem chip für eine Reihe von Zwecken. Ich bin beauftragt, beispielsweise mit der Entwicklung eines automatisierten Plattform für die langfristige Wirksamkeit von Medikamenten und Toxizität-Analyse zu verfolgen, Leber -, Krebs-und Herz-Biomarker. Ich werde die Integration der mikrofluidischen biosensor mit der Leber Krebs – und Herz-auf-ein-chip-Modell für kontinuierliche überwachung“, sagt er.

Durch die Messung der biomarker-Konzentrationen sezerniert von Drogen injiziert 3D-bioprinted Organe, wir können studieren, Medikamenten-Wirkungen auf verschiedene Organe, ohne Schaden einem live-Patienten. Die Schaffung künstlicher Organe ermöglicht es uns, zu Experimentieren.“

Die Straße hinunter, und er fügt hinzu, die Arbeit an der Harvard-Universität könnte möglicherweise angewendet werden, die in der regenerativen Medizin. „Das Ziel ist die Entwicklung von voll funktionsfähigen 3D-bioprinted organoids und klinisch relevanten 3D-Gewebe, um das Problem der Spender Engpässe in der Transplantationsmedizin.“

Nunna, sagt seine Forschungen an der Harvard Medical School erweitert seine Kenntnisse programmierbare Mikrofluidik und präzise Elektrochemische sensing-Techniken, die wiederum helfen ihm Voraus, seine biochip-Technologie. Das Ziel ist eine einfache, standard-assay für die Diagnose Krebs, die verhindert, dass herkömmliche, komplexe diagnostische Schritte.

Lee und Nunna arbeiten mit Onkologen am Weill Cornell Medizin und Hackensack Medical Center zu identifizieren klinische Anwendungen. Wie derzeit konzipiert, die Geräte liefern sowohl qualitative als auch quantitative Ergebnisse von Krebs-Antigenen in vollblutproben, die Bereitstellung von Informationen über das Vorhandensein und die schwere der Krebs. Der nächste Schritt, sagt er, wird der ausbau der Plattform zu erkennen, die mehrere Krankheiten mit einer einzigen Blutprobe, mit einem Nadelstich.

„Obwohl healthcare-Technologie ist als eine sich schnell entwickelnde Technologie, gibt es noch viele unerfüllte Bedürfnisse, die angegangen werden müssen. Die Diagnose von möglicherweise tödlichen Krankheiten in den frühen Stadien ist der Schlüssel zur Rettung von Menschenleben und der Verbesserung der Patienten Behandlungsergebnisse“, sagt er, und fügt hinzu, „Es gibt einen großen Bedarf an Medizintechnik, einschließlich eine Universelle Diagnose-Plattform, die sofortige Ergebnisse liefern dem Arzt, office und andere point-of-care-settings“.

Nunna ist der co-Gründer und chief research scientist für Abonics, Inc., ein startup, gebildet von Lee zu vermarkten Ihr Gerät. Er ist mit der Nennung als co-Erfinder mit Lee auf drei veröffentlichte biochip-Patente und sechs weiterer Patente, die jetzt unter der überprüfung durch die US-Patent-und Markenamt. Ihre Technologie gewonnen hat finanzielle Unterstützung von der National Science Foundation, die ich-Corps-Programm und die New Jersey Health Foundation (NJHF), eine not-for-profit corporation, unterstützt das top der biomedizinischen Forschung und gesundheitsbezogenen Bildung-Programme in New Jersey.

„Wie wir wissen, ist die Früherkennung verbessern können Behandlungsergebnisse für Patienten deutlich“, erklärt George F. Heinrich, M. D., stellvertretender Vorsitzender und CEO von NJHF, bei der Bekanntgabe der Auszeichnung. „Derzeit ärzte verlassen sich auf die Diagnose-Geräten, die ein minimum von vier Stunden nach der Probenvorbereitung durch zentrale Diagnose-Zentren, anstatt Ihre lokalen Büros.“

Im Jahr 2017, Nunna erhielt den „Best Design in Healthcare Innovations-und Point-of-Care-Innovations Award“ auf dem Healthcare Innovation sowie Point-of-Care-Technologien Konferenz von der Engineering in Medicine and Biology Society, gehalten an der National Institute of Health Hauptsitz in Bethesda, MD. Im selben Jahr, die Technologie wurde mit dem national innovation award auf der TechConnect World Innovation Konferenz und Expo, ein jährliches treffen von Technologietransfer-Büros, – Unternehmen und investment-Firmen, die sich treffen, um die Erkennung vielversprechender Technologien aus der ganzen Welt.