不小的成功

乍得墨金一直在背后的推动力量四个消磨纳米技术公司,和他的名字拥有超过850项专利。然而,他将自己描述为某种偶然的化学家。“我在科学上有三个兄弟,”他说。一个是一个物理学家,一个生物学家,和一个地质学家。,化学。我们在一个竞争非常激烈的家庭!”

首先,他预期在卡莱尔的迪金森学院化学研究,宾夕法尼亚州,将导致医学院,但在他的第三年,他意识到,他想要做的最后一件事。“我做了一个医院的旋转和决定对我来说真的不是,”他说。”我有点危机和调查其他的可能性,包括宾夕法尼亚州立大学本科生研究经验课程。我抓住了化学错误从一个非常鼓舞人心的科学家,格雷格·费德。“墨金作为一个本科生,甚至发表了三篇论文给他信心科学去研究生院,在费德的实验室工作。

墨金完成了他的博士学位,1989年在合成有机金属化学,不到三年,几乎闻所未闻的在美国系统——和费德建议他应该去的麻省理工学院(MIT)和马克Wrighton博士后。这扩大了他的化学利益从纯合成表面化学、电化学和化学材料。他还设法从他的研究生工作的一些概念合并到他与Wrighton项目创建一个新类的一氧化碳电化学传感器。

1991年,可见性,工作给了他帮助他找到一份工作在伊利诺斯州西北大学,我们最初是助理教授。当时,有很多兴奋扫描探针显微镜,和西北有一些早期的商业的,”他说。我训练自己做扫描探针显微镜以及我的团队,我们很快就建立了一个世界上最大的扫描探针显微镜功能,发明了一种叫做蘸水笔纳米一路。”

纳米技术常识

同时,墨金纳米颗粒化学产生了浓厚的兴趣,他称之为可编程原子引入等效或球形核酸。某种形式的纳米粒子的核心,作为支架的DNA寡核苷酸排列。的想法是认为一个粒子作为一个原子,functionalise用分子具有高信息内容像DNA一样,然后使用这些可编程原子等价物作为构建块组装材料从下到上,利用DNA使他们走到一起,”他说。在这个过程中,我们发现了粒子有壮观的属性,超越材料科学,与潜在的影响在生物学和医学的许多领域,及其基本性质使他们非常有吸引力的探针在生物检测。”

他说,尽管这些属性,商业机会没有立即明显。有两种方法来发明和翻译工作。一是考虑一个问题作为工程之一,并解决它通过应用正确的工程。所有的基础科学已经完成——这是一个把正确的事情在一起,”他说。的另一个方法是,让新事物的渴望,看看他们的基本属性,并问他们如何可能被用于开发新技术。”

墨金试图创建一个新的方式使材料通过可编程大会,不是在寻找生物探针。但他很快就意识到,这些粒子是由DNA连接器连接在一起时,它们的属性变化。分散粒子的一组属性,例如,红色的颜色,当组装他们有一组不同的属性,蓝色的颜色,”他解释说。的想法,这可以用来开发一个新的比色检测系统的诞生Nanosphere,现在是一家上市公司。

墨金的好奇心被激怒,他开始怀疑还有什么可能的技术。他意识到的粒子也可以用作放大器,因为他们将催化反应生成大的信号,尽管他们很低的浓度,增加检测的灵敏度。将它们添加到微阵列芯片,结果可能-,商业化。的芯片,从本质上讲,在一个表面上发现的DNA,“墨金解释说。的示例包含DNA溶液中的目标,芯片暴露在样本,和目标去正确的点在芯片上。然后开发纳米探针,可以“三明治”捕获的粒子。”

gold-centred纳米探针或球形核酸,红色。信号弱,但是如果银摄影发展中流过芯片的解决方案是,任何黄金存在就沾染了白银,增加信号100000倍在不到五分钟。结果是目前可用的最敏感的non-PCR检测系统。有问题,然而,随着DNA结合并非完全选择性:链样本债券不仅完全互补的地方,但也可以债券与大多数互补。这将给一个假阳性。这些纳米粒子探针急剧融化过渡,加热和他们分离在一个非常狭窄的温度范围内,“墨金说。”因此温度可以选择的只有完全互补的结合——在一个更广泛的温度范围内,会有一些non-complementary的。”

感觉和选择性

使用这种技术的分析都是非常敏感和非常挑剔,他说。当你试图探测许多目标,这是至关重要的,另有deconvoluting数据有一个真正的问题。Nanosphere,技术已简化,它有九个许可面板化验来自美国食品和药物管理局。识别脓毒症是一个重要的应用程序,这墨金声称没有人还能迅速做测试。这几个小时内可以识别血液感染,而当前的测试需要三天。这是一个生死的情况——每小时不是诊断,死亡率增加。所以抗生素的病人是一个昂贵的电池,他们甚至可能不需要。这种技术允许快速识别所有潜在的细菌,节省时间、金钱和生命。这是一个真正的改变。”

还有很多其他诊断的可能性,如基因测试来确定开发血凝块的倾向,或者是有三分之一的人不能代谢常见血液稀释药物华法林。它也可以应用于其他传染病,包括所有不同形式的流感。

Nanosphere在1998年剥离出来,承担风险投资在2000年之前在2007年上市。位于伊利诺斯州的诺斯布鲁克现在雇佣了大约160人。第二个打滑失控,NanoInk成立于2002年,利用蘸水笔技术,不让它,尽管它的光刻系统继续被商业化和全世界作为研究工具。两个进一步的,最近,赚钱,Aurasense和Aurasense疗法,将依然强劲。到目前为止,墨金发明吸引了超过700美元?风险资本和相关投资百万,超过400的商业化产品。

检测和治疗

Aurasense与天使投资的支持下,成立于2009年,并商业化诊断检测核糖核酸探针。这些都是销售的贸易名称SmartFlare默克密理博。已经有超过300个SmartFlares设备,目前已售出,今年年底墨金预计这个数字将达到1000。探测器使用粒子非常类似于用于Nanosphere系统——金颗粒与贝壳的DNA,但杂交shell是一个短的寡核苷酸轴承荧光团,创建粒子nanoflares墨金条款。黄金淬灭荧光所以他们最初光谱方法沉默。但是,与线性DNA,这些球面核酸清道夫受体和被内吞作用进入细胞。这使粒子轴承大量的DNA或RNA进入细胞而不需要有潜在毒性聚合物co-carriers。

他们对细胞没有明显的影响,”墨金说。但他们可以认识到信使RNA信使RNA在细胞内,释放荧光团和绑定,选择性地照亮了细胞包含mRNA的认可的。结合流式细胞术,他们可以用来查明癌症,例如,有选择地点燃的癌细胞的基因过表达。干细胞可以以类似的方式检测。

他们也可以用来观察药物改变细胞。这是最好的候选药物分子在图书馆针对一个特定的基因吗?通过许多反应堆相同类型的细胞,给他们提供相同类型的nanoflare但是不同的药物分子,它可以显示触发下一个——或者超表达的基因,”墨金说。这是细胞生物学的许多方面带来了一场革命,因为第一次,可以测量基因表达在单细胞水平在活细胞中。

这些gold-encapsulating球形核酸粒子也有潜在的治疗药物,导致最近墨金的转化企业,Aurasense疗法,成立于2011年,由制药公司的风险资本的手臂雅培(现在AbbVie)。它利用粒子的进入细胞的能力,他们甚至可以把在皮肤上,将穿透角质层。“例如,我们可以进行可拆卸的实验动物的皮肤,我们可以改变的角化细胞(皮肤细胞)表达,”他说。“你可以开始目标黑色素瘤或牛皮癣等疾病,促进伤口愈合,和它可能anti-scarring能力。”

肿瘤学是另一个潜在的应用程序。系统注入时,粒子分布在各种各样的组织正常基因调控代理不会进入,甚至可以穿过血脑屏障。“所有的药物正在开发目前在基因调控空间是肝脏的疾病,这就是他们往往最终管理时,“墨金说。但球形粒子核酸在体内无处不在——无论是好是坏,取决于你想做什么与他们!但是对于脑癌胶质母细胞瘤,跨血脑屏障的药物。我们看到伟大的例子粒子进入大脑,在肿瘤局部的,和目标基因在肿瘤细胞内,导致肿瘤细胞有选择性地死去。这非常令人兴奋——它开放的能力可以在许多癌症的遗传基础,以及神经退行性疾病如阿尔茨海默氏症和帕金森氏症。

墨金认为公司有很多好处给市场。这技术有机会完全改变基因调控疗法,因为它解决了一些最大的问题,限制领域,尤其是biodistribution,”他说。的另一个优势是稳定——这些球形的一生核酸通常是一个数量级大于相同的线性核酸。此外,他们不刺激免疫反应,与他们的隐形特点之后允许相对简单的寡核苷酸作为疗法,与修改后的核苷酸与更传统的方法需要增加稳定和减少免疫反应的激活。任何疾病,遗传基础是一个人选一个球形核酸治疗的发展,从癌症到伤口愈合。这些真正有潜力改善病人的生活。

他特别骄傲的球形核酸。这是一个基本的新形式的DNA和RNA,“墨金说。不仅仅是不同的结构,但同样的功能。sequence-for-sequence基础上,即使他们是由相同的积木,它们从根本上不同的他们能去的地方,他们进入细胞的能力,结合互补的核酸,他们如何绑定和如何融化。范式转换的方式我们思考核酸,核酸的方法可以用来开发强大的新的诊断和治疗工具。

墨金现在相当脱离公司的最远的先进,Nanosphere,今年从董事会辞职,但它仍然许可证300多他的专利。他仍然密切参与Aurasense和Aurasense疗法,在更早的阶段的商业化进程。他一定在未来将会有更多的公司。

莎拉Houlton波士顿是一个基于科学作家