Biočidlo snižuje náklady na vývoj a výrobu léků

V biotechnologickém a farmaceutickém průmyslu jsou testy ELISA nezbytné pro kontrolu kvality během vývoje a výroby léků. Tyto testy přesně kvantifikují hladiny proteinů, ale vyžadují hodiny práce od vyškolených techniků a specializované vybavení. To je činí velmi drahými, zvyšují náklady na léky a znemožňují výzkumné testy mnoha subjektům.

Nyní společnost Advanced Silicon Group (ASG), založená Marcie Black a Billem Reverem, uvádí na trh novou technologii, která by mohla dramaticky snížit čas a náklady spojené s detekcí proteinů. Vlastní senzor ASG kombinuje křemíkové nanodráty s protilátkami, které se váží na různé proteiny, čímž vytváří vysoce citlivé měření jejich koncentrace v daném roztoku.

Testy dokáží měřit koncentraci mnoha různých proteinů a dalších molekul současně, přičemž výsledky jsou typicky k dispozici za méně než 15 minut. Uživatelé jednoduše umístí malé množství roztoku na senzor, senzor opláchnou a poté jej vloží do přenosného testovacího systému ASG.

„Zrychlili jsme testování proteinů 15krát a zároveň jsme snížili jeho cenu 15krát,“ říká Black. „To se týká vývoje léků. Tato technologie by mohla také výrazně urychlit a zefektivnit výrobu léků. Mohla by způsobit revoluci v tom, jak vyrábíme léky v této zemi i po celém světě.“

Od vývoje svého senzoru obdržela společnost ASG dotazy od mnoha zájemců o jeho využití pro vývoj nových léčiv, pomoc elitním sportovcům při tréninku a pochopení koncentrací půdních látek v zemědělství, mimo jiné aplikace.

V současné době se však malá společnost zaměřuje na snižování překážek ve zdravotnictví prodejem svých levných senzorů společnostem, které vyvíjejí a vyrábějí léky.

„V současné době jsou peníze limitujícím faktorem při výzkumu a tvorbě nových léků,“ vysvětluje Marissa Gillis, členka týmu ASG. „Zrychlení a zlevnění těchto procesů by mohlo dramaticky zvýšit objem biologických testů a tvorby. Také to umožňuje firmám vyvíjet léky na vzácná onemocnění s menšími trhy.“

Život mimo domov

Black vyrostla v malém městě v Ohiu, než odešla na MIT, kde získala tři tituly v oboru elektrotechniky.

„Studium na MIT mi změnilo život,“ říká Black. „Otevřelo mi oči k možnostem uplatnění vědy a inženýrství pro zlepšení světa. Také to, že jsem byla obklopena tolika úžasnými lidmi, mě naučilo snít ve velkém.“

Pro doktorát pracovala Black s dnes již zesnulou profesorkou Mildred Dresselhaus, uznávanou fyzičkou a průkopnicí nanotechnologií, na kterou Black vzpomíná pro její mentorství a soucit stejně jako pro její přínosy k našemu chápání exotických materiálů. Black si nemohla vždy dovolit jet domů na svátky, takže trávila Díky s rodinou Dresselhausových.

„Millie byla úžasná osoba a její rodina pro mne byla jako rodina mimo domov,“ říká Black. „Millie mi dělala mentorku – a slyšela jsem, že to dělala s mnoha studenty – až do dne, kdy zemřela.“

Pro svou disertační práci Black studovala optické vlastnosti nanodrátů, což ji naučilo o nanostrukturách a optoelektronice, které později použila v rámci Advanced Silicon Group.

Po ukončení studia pracovala Black v Los Alamos National Laboratory, než založila společnost Bandgap Engineering, která vyvíjela efektivní, nízkonákladové nanostrukturní solární články. Tato technologie byla následně uváděna na trh jinými společnostmi a stala se předmětem sporu o patent. V roce 2015 Black vytvořila Advanced Silicon Group, aby aplikovala podobnou technologii na detekci proteinů.

Senzory ASG kombinují známé přístupy k senzitivizaci křemíku na biologické molekuly, využívající fotoelektrické vlastnosti křemíkových nanodrátů k elektrické detekci proteinů.

„Je to v podstatě solární článek, který funkcionalizujeme protilátkou specifickou pro určitý protein,“ říká Black. „Když se protein přiblíží, přinese s sebou elektrický náboj, který bude odpuzovat nosiče světla uvnitř křemíku, a to změní, jak dobře se elektron a díry mohou rekombinací. Sledováním foto proudu při expozici roztoku lze určit, kolik proteinu je vázáno na povrch, a tedy i koncentraci tohoto proteinu.“

ASG byla přijata do akcelerátoru start-upů MIT.nano START.nano a do programu Startup Exchange Program kanceláře MIT pro korporátní vztahy krátce po svém založení, což dalo Blackově týmu přístup k špičkovému vybavení na MIT a spojilo ji s potenciálními investory a partnery.

Black také získala rozsáhlou podporu od služby MIT Venture Mentoring Service a spolupracovala s výzkumníky z MIT Microsystems Technology Laboratories (MTL), kde prováděla výzkum jako studentka.

„I když se společnost nachází v Lowellu [Massachusetts], neustále jezdím na MIT a dostávám pomoc od profesorů a výzkumných pracovníků na MIT,“ říká Black.

Biosenzor pro dopad

Z rozsáhlých diskusí s lidmi z farmaceutického průmyslu se Black dozvěděla o potřebě cenově dostupnějšího nástroje pro měření proteinů. Během vývoje a výroby léků je nutné měřit hladiny proteinů, aby se zjistily problémy, jako je kontaminace proteiny hostitelských buněk, které mohou být pro pacienty smrtící i při velmi nízkých množstvích.

„Vývoj léku může stát více než 1 miliardu dolarů,“ říká Black. „Velkou část procesu tvoří bioprocessing a 50 až 80 procent bioprocessingu je věnováno čištění těchto nežádoucích proteinů. Tato výzva vede k dražším lékům a k tomu, že se léky dostávají na trh déle.“

ASG od té doby spolupracovala s výzkumníky na vývoji testů na biomarkery spojené s rakovinou plic a latentní tuberkulózou a získala několik grantů od Národní vědecké nadace, Národního institutu pro standardy a technologie a státu Massachusetts, včetně financování na vývoj testů na proteiny hostitelských buněk.

Letos ASG oznámila partnerství s Axogenem, aby pomohla této regenerativní společnosti pro opravu nervů pěstovat nervové tkáně.

„Je velký zájem o použití našeho senzoru pro aplikace v regenerativní medicíně,“ říká Black. „Dalším příkladem, který si představujeme, je, že když jste nemocní ve venkovské Indii a v blízkosti není žádný lékař, můžete se dostavit do kliniky, sestry vám to dají a otestují vás na chřipku, Covid-19, otravu jídlem, těhotenství a dalších 10 věcí najednou. Výsledky jsou za 15 minut, poté můžete získat to, co potřebujete, nebo se spojit s lékařem na dálku.“

ASG je v současné době schopna vyrobit asi 2 000 svých senzorů na 8palcových čipech na výrobní lince v polovodičovém závodě svého partnera. Jak společnost pokračuje v rozšiřování výroby, Black doufá, že senzory sníží náklady v každém kroku mezi vývojáři léků a pacienty.

„Opravdu chceme snížit bariéry testování, aby každý měl přístup k dobré zdravotní péči,“ říká Black. „Kromě toho existuje tolik aplikací pro detekci proteinů. Je to skutečně místo, kde se biologie, zemědělství, diagnostika projevují v praxi. Jsme nadšení, že budeme spolupracovat s lídry v každém z těchto odvětví.“