2020前十大创新
2020前十大创新

2020前十大创新

从COVID-19的快速分子检测到能够表征疾病康复患者血浆中产生的抗体的工具,今年的获奖者反映了研究界在这充满挑战的一年的共同关注点。

欧洲杯微信竞猜活动工作人员
2020年12月1日

以上:©欧洲杯微信竞猜活动工作人员

W我们知道那句老话:需要是发明之母。2020年向我们表明,全球流行病是一个严重的母亲。通常,我们的10大创新竞赛侧重于实验室技术,旨在探索基础生物学奥秘的工具。但随着生物学家将目光转向理解SARS-CoV-2,随着新工具的开发和现有技术的发展,创新格局也随之改变。所以今年欧洲杯微信竞猜活动,我们的年度竞赛汇集了旨在理解并最终解决COVID-19问题的发明。

在我们独立的法官的选择2020年十大创新核心实验室项目,单细胞蛋白质组分析器和桌面基因synthesizer-alongside pandemic-focused产品,包括快速COVID-19测试,一个工具,可以捕获抗体概要文件从康复冠状病毒患者的血浆,以及一个表征SARS-CoV-2表面刺突蛋白聚糖的平台。优秀作品之间的竞争如此激烈,今年的前10名实际上包含了12种产品,多亏了一些领带。

2020年对我们所有人来说都是充满挑战的一年,这动荡的一年诞生了许多有前途的产品和方法,用来阐明复杂的生物学世界。更重要的是,2020年表明,科学界在面临共同的问题时,可以奋起应对挑战,团结起来重新聚焦、研究和创新。在这里,欧洲杯微信竞猜活动介绍了构成今年十大创新的工具和技术。

AbCelleraCelium

Abcellera.

3月下旬,Biotech公司Abcellera举办了一个有40名研究人员的呼吁,以审查他们在潜在抗体上收集的抗SARS-COV-2的数据。使用Abcellera的高通量微流体和单细胞分析工具来探测Covid-19患者的样本,该公司的团队已破译编码数百抗体的遗传序列,这些遗传序列可能会治疗该疾病。然而,通过手动筛选所有这些数据都是乏味的,所以球队将其进入Celium,一个数据可视化工具,与那些抗体相交的数据可视化工具,以显示哪些抗体可以在患者中最佳地工作潜在的疗法。实时,在呼叫中,研究人员使用Celiqu来探讨Ly-CoV555抗体的那些关系,并进入临床试验作为一个可能的Covid-19治疗,Maia Smith说,Abcellera和Celium Creator的数据可视化领先。“我认为这一切都说。”

史密斯说,在2017年Celium上市之前,与AbCellera合作寻找抗体的科学家会得到复杂的电子表格数据,这些数据很难导航,很难知道从哪里开始。加利福尼亚帕洛阿尔托科迪亚克科学公司的蛋白质工程师Fernando Corrêa说,使用铯,数据以可视化的形式呈现,该工具“帮助你识别适合你需要的分子”欧洲杯微信竞猜活动.他与AbCellera公司合作识别用于治疗视网膜疾病的抗体,并表示该公司的微流体、单细胞分析和数据可视化工具“以用户友好的方式简化了抗体发现过程”。

KAMDAR:“AbCellera对流感大流行的反应突显了Celium平台在生物学和人工智能交叉领域的真正力量,它能以惊人的速度发现新的抗体。”

阿伯特新冠肺炎检测

阿伯特

自2014年以来,Abbott的ID现在系统已经帮助了医生检测流感A和B,STREP A,呼吸道合胞病毒(RSV),最近的SARS-COV-2,在不到15分钟内。烤面包机尺寸的装置通过在酸性溶液中加热鼻样品来裂开裂缝打开病毒的包膜,暴露其RNA,现在ID在恒定温度下放大PCR机器使用的加热和冷却循环。在3月下旬,Covid-19 ID现在测试的紧急授权在3月底,现在测试是美国公众可访问的首次测试之一。

阿博特公司传染病科学事务主任诺曼·摩尔说,这种测试的短时间周转对于阻止病毒传播至关重要。“你在早期是最具传染性的——如果我们没有及时得到结果,两周后的分子检测结果又有什么帮助呢?””他告诉欧洲杯微信竞猜活动

拥有超过23,000名ID现在在美国使用的设备,主要是在紧急护理诊所和药店,摩尔表示,他的团队正在开发与其他传染病平台兼容的测试,例如性传播感染。

J.D. Zipkin,Goehealth迫切护理的首席医务人员,与旧金山国际机场合作,向旅行者提供ID Covid-19考试,调用游戏更换器。“[雅培]拍摄了一个已经真正善于检测非常特异性的疾病状态并将其应用于我们在这个国家的最大的大流行需要的平台,”他说。

现在的ID平台售价4,500美元,每个Covid-19测试费用为40美元。

Cruickshank-Quinn:如果能够在15分钟内从喉咙或鼻腔拭子中获得COVID-19检测结果,医院、学校或任何其他机构就能够快速检测人员,确定哪些人需要在家中自我隔离。由于它重量轻,携带方便,可以在现场和汽车通道测试地点等移动站点使用。”

BioLegendTotalSeq-C人类通用鸡尾酒v1.0

2017年,纽约基因组中心的研究人员发表一种名为Cite-SEQ的新方法,允许科学家同时在单细胞转录组织中同时评估个体细胞中的蛋白质。Cite-SEQ通过将抗体与寡核苷酸连接的抗体,其最终可以测序以揭示是否存在靶蛋白并连接到它们的相应抗体。生命科学公司BioLegend许可Cite-SEQ并制定了TotalSeqTM值-C人类通用鸡尾酒v1.0该试剂盒收集了130个寡联抗体,用于单个细胞的细胞表面蛋白的大规模筛选,用于10X Genomics的单细胞测序平台。

BIOLEGEND

与蛋白质组学方法基于视觉评估标记蛋白质,“没有理论限制了多少蛋白质可以(屏幕),“说BioLegend主管Proteogenomics Kristopher Nazor“工具包”,并补充说该公司已经致力于扩大抗体的数量包括在鸡尾酒。“这大大增加了公正发现的机会。”

马萨诸塞总医院、哈佛医学院、麻省理工学院和哈佛大学博德研究所的免疫学家和基因组学家Alexandra-Chloé Villani说:“这在很多方面都是开创性的。”和许多研究人员一样,维拉尼是免疫细胞片段的协调者之一人类细胞阿特拉斯今年主要研究COVID-19。她已经使用BioLegend的鸡尾酒分析了近300名SARS-CoV-2检测呈阳性的患者的血液样本。BioLegend于8月初推出,5个一次性小瓶售价5350美元。

维拉尼说:“当你在同一个细胞中有表面蛋白质和RNA时,这真的有助于我们获得有关免疫细胞的更细粒度的定义”,以应对感染。“实际上,我认识很多美国和欧洲的同事,他们使用同一个小组来分析他们的COVID人群……这意味着我们可以将所有数据结合起来进行比较。这是难以置信的。”

米格尔:“这是次世代测序作为序列条形码的数字读出和单细胞条形码技术的很好的结合,使单细胞定量蛋白质组学成为可能。”

七个桥梁格拉夫

七个桥梁

2013年人类参考基因组的发布对生物学来说是一个巨大的飞跃,但就真正代表人类而言,它还远远不够。我们的基因组充满了参考基因组中不存在的变异,参考基因组是由一个小样本的个体组成的,主要是欧洲血统。为了解释人类的基因多样性,生物信息公司Seven Bridges开发了一种叫做GRAF的基因组分析平台,它试图包括任何特定位点上所有可能的基因序列迭代。所得到的GRAF/Pan基因组参考是基因组中特定点已知变异的图表,而不是线性参考序列。当基因组与GRAF参考基因组对齐时,任何缺失、插入、单核苷酸多态性或其他变异都不会像与线性参考基因组对齐时那样被遗漏。

随着促进基因组研究中所谓的群体的不足群体的目标,六月宣布的七个桥梁可以免费获得其Graf Gerfine Variant检测工作流程和GRAF / PAN基因组参考将是免费的学术研究人员。“这是第一个生产级工作流程,其中包括人类基因组的祖先信息和多样性,以提供改善的变体呼叫和对齐,”公司的首席科学官员说:布Davis-Dusenbery

“希望通过分析的复杂性,你能看到你所遗漏的东西,”他说布鲁斯凝胶是Mindich医学院Mindich儿童健康和发展学院主任。西奈。“这是一个漂浮在几年内的想法,但没有人在七个桥梁正在做的是实现基于图形的方法。他们是第一个这样做的人。“

GELB一直在使用GRAF平台来搜索与先天性心脏缺陷相关的变体,并将这些变体与在使用传统序列分析时的发生状态。他说,他说,似乎Graf正在识别一些将被忽视的变体。

Cruickshank-Quinn:“七个事实桥梁GRAF将免费提供给学术机构,这必将为学术机构铺平道路实现精准医疗,允许在没有学术研究者的成本斗争。”

OXGENE

OXGENE

英国生物技术公司OXGENE的首席执行官Ryan Cawood说,将基因疗法引入患者细胞的一个主要挑战是制造腺相关病毒(AAV)的成本,AAV是一种常见的基因载体。“首个AAV基因治疗产品欧盟批准的每剂药物的成本为100万英镑,”他说。“如果你想治疗一种疾病(用一种针对大型器官的疗法),可以应用于数千人,你只是无法以使其可行的成本生产足够的。”

Cawood说,目前,一批培养的人类细胞被多个质粒转染,以诱导它们制造含有选定基因的AAV载体。但是质粒的制造成本很高,而且转染过程也不是很有效率。相比之下,腺病毒感染自然诱导细胞激活aav的复制。问题是,腺病毒也会自我复制并污染产生的AAV产物。为了解决这个问题,OXGENE设计了一种基因开关,可以在腺病毒生命周期的中途关闭其在细胞内的活动,这样它就可以让细胞大量生产AAV颗粒,但不会制造腺病毒。“当病毒进入,你只有AAV出来;你就不会再得到腺病毒了,”Cawood说。他还说,该公司从9月份开始销售研究级病毒载体TESSA,并计划明年开始提供临床级材料。研究级载体的费用从5000英镑开始,取决于被感染细胞的数量。

布莱尼:“支持基因疗法的翻译。展示了生物工程的生物技术价值。”

食典委DNABioXp3250系统

食典委DNA

生物技术公司Codex DNA发布了BioXp™3250系统作为BioXp™3200的后续产品,BioXp™3200于2014年发布。Codex DNA的产品管理主管Peter Duncan说,按需DNA组装和扩增的自动化平台使研究人员能够比以往任何时候都更快地合成基因和基因组,有可能加快疫苗、诊断和治疗的开发。该设备可用于癌细胞或多种感染源,包括SARS-CoV-2。

如果没有BioXp™3250或其前身,想要合成DNA片段、克隆或整个基因组的实验室必须将样本发送出去,由第三方处理。除了必须处理过境外,这种处理可能需要几周或几个月的时间。BioXp™3250售价10万美元,只需按下一个按钮,就可以在几天内组装多达7000个碱基对的DNA序列。

客户不必为特定的实验在电脑上编写基因脚本,他们可以订购一个大约两天就能送到的模块,随时可以使用。该模块有一个包含所有必要信息的条形码;当被该设备扫描后,合成所需DNA的指令就被上传。邓肯说,实验室技术员只需要将模块插入设备并按下启动键。

“BioXP使我们能够在没有免提上进行简单的亚克隆步骤,”Tavotek Biotherapeutics的生物学发现的VP vp Mark Tornetta,告诉欧洲杯微信竞猜活动在电子邮件中,描述实验室如何使用设备生成NGS库。“所有这些方法都在BIOXP上运行了我们的时间和成本。”

布莱尼:“民主化基因综合通过在各个实验室中放置能力更快,以便在高吞吐量下降低成本。”

isoplexis.单细胞细胞内蛋白质组

isoplexis.

单细胞细胞内蛋白质组IsoPlexis的解决方案来自加州理工学院的几个实验室,都在寻找更好的方法来监测蛋白质之间的相互作用
以开发靶向治疗为目标的癌细胞。使用传统的方法,如Western blot,质谱和流式细胞术,在一个给定的时间内只能跟踪几种蛋白质类型。Isoplexis的系统于7月推出,研究人员可以监测30种或更多的蛋白质途径,并在同一天获得结果。

在以前的技术中,磷酸化被用来识别单个蛋白质的功能,而不知道它们是如何一起工作的。单细胞胞内蛋白质组以同样的方式显示功能,但也能够提供整个蛋白质信号通路的背景,揭示网络作为一个整体是如何运作的。

Isoplexis的首席执行官和Cofounder表示,了解研究人员更好地了解异常细胞的下游效果。在癌症中,他补充说,这种方法有助于评估靶向治疗等抗体疗法或小分子药物的功效。

“这些途径基本上定义了细胞是如何被激活的,[这]对癌症尤其重要,活化的磷蛋白信号不仅仅是癌症的一个标志,”说詹姆斯·希斯曾经八年前创建了该技术的Caltech实验室,“但是有针对性抑制剂的主要焦点。”

米格尔:“单细胞胞内蛋白质组解决方案使用创新的微流体,将看起来成熟的ELISA化学降低到单细胞水平。”

吉格根飙升

GIGAGEN

科学家们使用静脉注射免疫球蛋白(IVIG)治疗免疫缺陷或免疫抑制患者,并促进血浆治疗传染病以多个世纪。和等离子体是现在正在尝试的许多治疗之一新型冠状病毒肺炎.但是从捐献者身上提取的生物样本并不是最标准化的治疗方法。进入GigaGen公司的Surge平台,该平台利用单细胞测序“捕获和重建”来自献血者的抗体库。为了建立这些文库,该公司通过Surge平台运行献血者的血液样本,将单个产生抗体的B细胞分离成微滴,并提取编码抗体的RNA。GigaGen公司的首席执行官大卫·约翰逊说,通过这些基因序列,他们可以创建“那个人的免疫系统的蓝图”。

然后,公司研究人员选择其中一些抗体在哺乳动物细胞中的工程师,以产生重组抗体治疗,他们说的比临床血浆或IVIG更有效,基于动物模型的体外实验和测试。吉格纳目前尚未计划出售浪涌,而是一直在使用该平台来开发癌症,免疫缺陷障碍,最近,Covid-19的治疗。吉格文希望在2021年初使用来自16个捐赠者的12,500名抗体的临床试验,从2021年初使用超过12,500名抗体。浪涌的目标是“挑逗免疫系统的复杂性”,约翰逊说,然后裁缝引起最强烈反应的抗体治疗。

弗雷德·莫德尔(Fred modelell)和薇姬·莫德尔(Vicki modelell)在他们15岁的儿子杰弗里(Jeffrey)死于原发性免疫缺陷综合症后创立了杰弗里·莫德尔基金会(Jeffrey Modell Foundation)。弗雷德和薇姬·莫德尔说,他们一直在寻找IVIG的替代品。IVIG有时供不应求,可能会给许多患者带来副作用。“[GigaGen]给了最伟大的礼物——他们给了[免疫缺陷]患者希望,”弗雷德·莫德尔说。

Cruickshank-Quinn:“通过结合单细胞乳剂微流体技术、基因组学和蛋白库工程,这种抗体药物治疗如果成功,将会彻底改变COVID-19的治疗以及许多不同疾病的治疗。”

10倍基因组学铬单细胞多组ATAC +基因表达

10倍基因组学

几年前,10X基因组公司启动了一项分析,ATAC-seq,识别单细胞中开放染色质区域;该产品赢得了一席之地欧洲杯微信竞猜活动2019年十大创新.据产品营销经理Laura DeMare说,没过多久,顾客就要求更多的基因表达信息和ATAC-seq信息,他们的反馈是:“这太棒了,但我们真的很想在同一个细胞中获得基因表达信息和ATAC-seq信息。”9月,10X推出铬单细胞ATAC +基因表达该系统从单个核中获取表观遗传和基因表达数据。

DeMare解释说,这个平台用DNA条形码标记每个细胞核的mRNA和开放的染色质片段,然后扩增和分析核酸。她说:“你可以开始把基因组中开启或关闭基因的调控元素联系起来。”试剂和微流控芯片的每次反应成本约为2400美元。

Ansu Satpathy是斯坦福大学医学院的免疫学家,也是ATAC-seq联合开发者Howard Chang的前博士后欧洲杯微信竞猜活动他使用新的测定来研究与癌症患者的肿瘤样本中与T细胞耗尽相关的表观遗传变化的影响。当疲惫时,T细胞在战斗癌症时变得较低,并且“我们现在用RNA和ATAC方法进行了组合的是询问,这些分子转换的每种分子开关如何调节导致细胞中这种功能失调结果的基因?”Satpathy说。

KAMDAR:“这种方法首次允许对同一个单细胞的表观基因组和转录组同时进行分析,使我们能够更好地了解细胞功能。”

10倍基因组学视觉空间基因表达解决方案

在过去的几年中,单细胞转录组织为个体细胞和细胞类型提供了大量基因表达信息。现在,10X基因组学前进是空间转录组织的新技术,其为仅一种或几种细胞提供整个转录组数据,并究竟揭示了在基因表达发生的组织样本中的位置。的视觉空间基因表达解决方案,将组织样本5000个位置的55微米区域暴露给mrna结合的寡核苷酸,并将得到的基因表达数据与组织图像叠加。

10倍基因组学

该技术是由瑞典公司空间转录组织开发和最初的销售,2018年获得的10X基因组学。然后,在去年推出访问前进一步开发了产品。的视觉空间基因表达解决方案, which sells for $1,000 per sample, has smaller and more densely packed spots—and five times more of them—than it did when the company inherited it, says Nikhil Rao, 10X Genomics’s director of strategic marketing for the spatial platform. This increases resolution, he explains. “We also improved the sensitivity of the assay dramatically, being able to pick up tens of thousands of unique molecular identifiers per spot.”

Rao说,许多受别的用户专注于神经科学,例如学习神经变性疾病。但该产品也用于发育生物学,肿瘤学和免疫学。约翰霍普金斯大学计算生物学家伊莱多数时候使用Visium来了解癌症是如何抵抗治疗的。“通过这些细胞的空间信息,你可以真正弄清楚它们直接相互作用的分子机制,因为你可以看到细胞是否在物理上相互作用,”她解释道。

米格尔:“这是生物学的另一个前沿:不仅仅是单细胞或少量细胞基因表达,而是现在在几个细胞的水平下收集具有空间分辨率的基因表达数据。”

Inscripta公司。缟玛瑙数字基因组工程平台

INSCRIPTA公司。

虽然基于crispr的基因组编辑技术已在全球各地的实验室中得到广泛应用,但有些研究问题需要大规模的核苷酸修补,对于一些实验室来说,这可能是一件麻烦的事情,如果不是令人望而却步的话。Inscripta Inc.的Onyx™数字基因组工程平台提供了一种解决方案——完全自动化的基因组工程库,可对微生物基因组进行数十万次单次编辑。这款台式设备于2019年10月推出,售价34.7万美元,用户可以在人体DNA中植入所需的变体大肠杆菌细菌和酿酒酵母酵母,仪器照顾其余的。

该平台结合了从优化编辑过程的算法到处理细胞的微流体到试剂本身的一切。Inscripta的应用开发副总裁Nandini Krishnamurthy说:“生物学家不再需要担心技术优化,现在可以继续专注于生物学中的任何问题。”

雪莱科普利是科罗拉多大学博尔德大学的分子生物学家,是Onyx的早期测试仪。她正在使用它来检查同义突变的影响,那些不会改变所得蛋白质的效果大肠杆菌.“能够解决这个问题的高吞吐量是至关重要的,”她说。ONYX而不是尝试工程师每一个逐一检查的突变,而不是尝试逐一检查一次,而是可以生成所有50,000种变体。然后,她的团队可以直接移动到健身测定。“我不知道任何可以做到的技术。”

KAMDAR:“Carrpr是一种强大的工具,用于编辑基因组并允许能够阐明因果关系的功能评估,提高我们对基因组生物学的理解。但是在不克服一些技术和可扩展性挑战的情况下,这些结果将不会实现。这是Onyx数字基因组启用工程平台。“

MOBILion苗条的

Daniel Jeffrey Studios.

范德比尔特大学(Vanderbilt University)的生物分析化学家约翰·麦克莱恩(John McLean)想要确切地知道一股气体中到底有什么,甚至是汽化的血液或组织样本最后的脂质分子。多年来,他一直使用质谱法按重量对样品中的化合物进行分类。有时不同的分子可能具有相同的质量和相同的原子组成,这使得很难区分它们。离子迁移率分离将气体样本沿一米长的管道输送,通过形状和结构来区分分子,从而解决质量问题。但由于这项技术是几十年前设计的,它还没有达到与质谱相同的分辨率。要达到类似的分辨率,离子分离仪器将需要一个13米长的管。

由于实验室空间的约束,使长度是不切实际的。所以几年前,太平洋西北国家实验室和同事的理查德史密斯开始了头脑风暴的方式来让离子变成角落。该讨论导致Mopilion的纤细或无损离子操作的结构,这是一个带有13米轨道的仪器,在两个电路板中切换为3米长的盒子;该装置在分钟内提供样品中的化合物的尺寸和形状的数据。苗条“揭示了看不见的人,”劳拉·克朗说,Mobilion的业务发展负责人和公司战略,“没有时间的牺牲”。这次Mobilion的首次迭代是在2020年第二季度开始作为早期采用合作者的Beta版本,为药物或临床研究学术环境中的科学家建立了一个2020年早期采纳者合作者。价格与现有技术有竞争力,她注明,公司计划设计用于诊所的仪器以识别疾病的生物标志物。

“我们今天从SLIM上看到的,只是冰山一角,”麦克莱恩说。“还有很多未开发的潜力……从分析的角度来看,“所以,人们真的应该期待这些技术的巨大进步。”

布莱尼:“离子选择性色谱是生物化学的核心。微电子技术与生物技术的良好集成。”


法官

保罗Blainey

麻省理工学院生物工程副教授,麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的核心成员。布莱尼实验室集成了新的微流体、光学、分子和计算工具,应用于生物学和医学。该小组强调单细胞和单分子的定量方法,旨在使研究产生的数据能够揭示自然和工程生物系统在一系列尺度上的工作。布莱尼没有考虑10X基因组公司提交的产品在他的排名中,因为他与该公司的财务关系。


Charmion Cruickshank-Quinn

安捷伦科技的应用科学家。此前,她是科罗拉多大学丹佛分校Anschutz医学校区的博士后,丹佛国家犹太人健康中心的研究员,以及纽约州立大学布法罗分校的研究生,她在布法罗的仪器中心工作。


金正日Kamdar
Domain Associates是一家专注于医疗保健的风险基金,创建并投资生物制药、设备和诊断公司。她以科学家的身份开始她的职业生涯,并在诺华/先正达从事药物发现研究9年。


罗伯特·米格尔

桑迪亚国家实验室技术人员的主要成员。他的主要研究兴趣是开发新颖的核酸分析技术和装置,特别适用于传染病,生物义和微生物社区的问题。最近,这导致了用于新出现的病毒病原体的简化分子诊断的方法,这些病原体适用于需要在需要或发展中国家。Meagher的评论代表了他的专业意见,但不一定代表美国能源部或美国政府的观点。


编者按:评委们考虑了公司和用户为各种生命科学产品提交的几十个作品。评审团只根据来自欧洲杯微信竞猜活动,其成员基于对生命科学工具和技术的熟悉程度被邀请参与。除了与10X基因组公司有财务关系的保罗·布莱尼(Paul Blainey)以外,他们与参与竞争的产品或公司没有财务关系。保罗·布莱尼在排名中没有考虑该公司的产品。本期《欧洲杯微信竞猜活动,在我们独立的法官选择获奖产品后购买的任何由本文中的获奖者提供的广告都在购买,并没有对竞争结果的结果。

更正(12月1日):这个故事的原始版本表示,Gigagen的浪涌平台捕获来自等离子供体的样品的抗体。事实上,他们献血者。还澄清了Abcellara的Maia Smith标题以及围绕该工具周围的Celium的性质的变化。欧洲杯微信竞猜活动 遗憾的是这些错误。