Kemikere udvikler kontaminantdetekteringsteknik for heparin

I 2008, en kontaminant undgik kvalitetssikringerne i medicinalindustrien og infiltrerede en stor del af forsyningen af ​​det populære blodfortyndende heparin, syge hundreder og dræbe omkring 100 i USA

Det tog et team af forskere under ledelse af U.S.Food and Drug Administration for at bekræfte forureningen, et toksin strukturelt ligner heparin, der blev sporet til en kinesisk leverandør. Men opdagelsen af ​​urenheden krævede "en enorm indsats fra tunge slagere i kemiverdenen, "sagde Jason Dwyer, lektor i kemi ved University of Rhode Island.

Efter næsten otte års forskning, Dwyer har udviklet en enklere og hurtigere metode til påvisning af urenheden i heparin, sammen med at skabe en proces, der kan have større fordele. Hans forskning blev afsløret i dag i det prestigefyldte onlinetidsskrift Naturkommunikation , del af pakken med tidsskrifter fra forlaget Nature.

"Der er tests, der er meget mere sofistikerede og dyre at opdage urenheden, "sagde Dwyer, af Providence, R.I. "Det, vi var i stand til at gøre, er - på en meget billig og hurtig måde - fingeraftryksheparin og fortælle, når der er en forurening i det."

Forskningen, "Undersøgelse af siliciumnitrid -nanoporer til glycomics og heparinkvalitetssikring, "kunne også bruges til at analysere hele klassen af ​​molekyler, som heparin tilhører ved bred anvendelse inden for biomedicinsk diagnostik, lægemidler og miljøfølelse. Dwyers bredere undersøgelser af sukker blev forstærket i juli med $ 318, - 000 tilskud fra National Science Foundation.

For eksempel, Dwyer sagde, den nye detektionsteknik kunne tjene som et kvalitetssikringsværktøj på tværs af medicinalindustrien, især med et øget skub til at udvikle mere sukkerbaserede lægemidler, såsom heparin. "Sukkerarter er utroligt vigtige, "sagde Dwyer, hvis forskning tidligere har opnået offentliggørelse i de højt profilerede tidsskrifter Natur og Videnskab . "Det er, hvordan bakterier kommunikerer med hinanden. De er, hvordan vi skal designe en masse nye lægemidler. Så vi har brug for nye værktøjer til at analysere sukker."

For at udvikle den nye detektionsteknik, Dwyer vendte sig til en sansemetode, der er bevist i sekventeringen af ​​DNA og proteiner. Sensoren består af et hul, eller nanopore, mindre end en tusindedel tykkelsen af ​​et menneskehår, sidder på en endnu tyndere membran, og tester stoffer på det mindste påviselige niveau - et enkelt molekyle.

Mens sensoren, en nanopore af siliciumnitrid i fast tilstand, fungerede godt for DNA, det skulle omformes til sukkermolekyler, som er langt mere komplekse, sagde Dwyer, hvis gruppe var en af ​​de første til at fokusere på sukker.

Fra 2010, projektet udviklede sig sammen med andet arbejde fra Dwyers team. Det tog år at fremstille og finjustere enheder, forfine nanoporen og forhindre åbningen i at tilstoppe. "Et rimeligt antal studerende har arbejdet på dette projekt gennem årene, "Sagde Dwyer." Vi har ikke givet efter. Vi stødte hovedet mod væggen i en periode, og vi indså, at vi var nødt til at udføre en hel del grundlæggende arbejde, før vi kunne nå til det punkt. "

Et uventet problem blev løst af Buddini Karawdeniya, hovedforfatter af papiret, der afsluttede sin doktorgrad i kemi ved URI i foråret. Da hun forsøgte at køre sukkermolekyler gennem nanoporen, de gik baglæns. "I 1996, folk fandt ud af, hvordan DNA kunne sanses med en nanopore, "Sagde Dwyer." Der var nogle særheder, men det fungerede, som det var forventet. Sukker lige ved flagermus fungerede ikke som forventet. Så Buddini måtte se på, hvad der var gjort i 20 år, men ved, at hun skulle starte forfra på et eller andet niveau. "

Med krisen i 2008, forskere havde formået at identificere og opdage forurenet chondroitinsulfatforurening, som var næsten identisk med heparinet. Ved hjælp af den finjusterede nanopore, Dwyers forskning kiggede på begge prøver, fastslog, at de signaler, de genererede, var 99 procent identiske, og udtænkte analyseteknikker til at bruge 1-procentforskellen til pålideligt at opdage urenheden.

"Den test, vi kom med, tager cirka 20 minutter, " han sagde, "og arbejder i klinisk relevante koncentrationer."

Målet er at gøre opdagelsen af ​​urenheden endnu hurtigere, ned til minutter og sekunder. På samme tid, enheden skal tilpasses til en kommerciel bruger, der muligvis mangler ekspertise fra en forsker i et teknologiudviklingslaboratorium. Også, værktøjet skulle udføre nøjagtigt i et mindre kontrolleret miljø.

"Det er her forskningen begynder at gå over til udvikling, og vi begynder at forfine betingelserne og enhederne endnu mere, "Sagde Dwyer." Ofte er opdagelse den letteste del. At forfine det til slutbrugeren tager tid. "

Nanoporen, der kom ud af heparinforskningen, blev designet med det i tankerne. Den bruger teknologi, der ligner den, der findes i næsten hvert stykke forbrugerelektronik, sagde Dwyer, så der er allerede en industri klar til at producere sensorerne i stor skala.

"Vi forsøger altid at tænke på forbrugermarkedet, "sagde han." Det, vi gør i laboratoriet, er én ting - og det er en vital ting - men hvordan oversætter vi det til den virkelige verden? "