Fotografía de muestra de sangre
La medicina regenerativa es una tecnología que utiliza tejido celular normal para tratar órganos y tejidos humanos que han perdido su función debido a enfermedades y lesiones. La medicina regenerativa se puede dividir a grandes rasgos en varios métodos, como el cultivo de cardiomiocitos epidérmicos, cartilaginosos y laminares, la recombinación celular, la inyección de células en el cuerpo humano, el uso de fármacos celulares, etc. Actualmente, hay cuatro productos médicos regenerativos aprobados por la Ley de Dispositivos Médicos de Japón (Ley de Maquinaria Farmacéutica) e incluidos en el alcance del tratamiento del seguro. Entre ellos, hay tres productos que utilizan tecnologías de ingeniería de tejidos, como la regeneración y recombinación celular, son cortes de células epidérmicas de pacientes cultivadas in vitro por la empresa J-TEC (Japan Tissue Engineering) y el producto "Qie Jiachao" para el tratamiento de quemaduras; se cultivan los condrocitos del paciente, el producto "Jack" se encapsula en gel polimérico y se trasplanta a las articulaciones; el producto "Heart Slice" lanzado por la empresa TERUMO corta células musculares de pacientes con insuficiencia cardíaca grave y las trasplanta a la superficie del corazón.
En cuanto a fármacos celulares, JCR Pharmaceticals lanzó el producto “TEMCELL HS Note”. Al utilizar células madre mesenquimales de la médula ósea como ingrediente activo, se puede controlar eficazmente la respuesta inmune después del trasplante de células madre hematopoyéticas de leucemia.
Ya sea una empresa de riesgo o una gran empresa farmacéutica, la tecnología japonesa de I+D para productos médicos regenerativos se está desarrollando rápidamente.
Los "inhibidores de puntos de control inmunitario" ayudan a las células T inmunitarias a identificar las células cancerosas que han escapado a la respuesta inmunitaria del cuerpo y utilizan las células T para atacar las células cancerosas con fines terapéuticos.
El sistema inmunológico humano es capaz de reconocer y eliminar objetos extraños. Como parte del sistema inmunológico, un tipo de célula inmunitaria llamada células T citotóxicas es el principal responsable de identificar y atacar sustancias extrañas. Por supuesto, para evitar un ataque inmunológico excesivo a las células autólogas, el sistema inmunológico humano conserva una vía para suprimir las respuestas inmunes, que es el "punto de control inmunológico".
Los inhibidores de puntos de control inmunológico son un nuevo tipo de medicamento contra el cáncer que puede bloquear los puntos de control inmunológico y estimular las células T citotóxicas para que ataquen las células cancerosas. Las células cancerosas son muy astutas y utilizan mecanismos de control inmunológico para evitar inteligentemente los ataques de las células T inmunes.
Los inhibidores de puntos de control inmunológico representativos incluyen “Opdivo” de ONO PHARMACEUTI-CAL-Cal de Xiaoye y “Keytruda” de Merck KGAA. Medicamentos como Opdivo y Keytruda se unen a la molécula del punto de control inmunológico "PD1" en la superficie de las células T citotóxicas, lo que dificulta la combinación de PDL1 y PD1 en algunas células cancerosas, eliminando así las restricciones a la respuesta inmune.
Fármacos como Opdivo han desempeñado un papel sorprendente en el tratamiento de algunos cánceres. Las empresas también se han sumado al campo de desarrollo de inhibidores de puntos de control inmunológico y la competencia es cada vez más feroz. Al igual que Opdivo, se han desarrollado medicamentos que se unen a PDL1 u otras moléculas de puntos de control inmunológico.
Después de que las células cancerosas se infectan con virus oncolíticos, los virus se multiplicarán rápidamente y eventualmente disolverán las células cancerosas. Una vez que las células cancerosas se disuelven y destruyen, los virus oncolíticos se propagarán fuera de las células y continuarán infectando las siguientes células cancerosas. Esto también activará la función inmune del propio cuerpo. Cuando se usa junto con tratamientos populares contra el cáncer como Opdivo, el tratamiento puede ser más efectivo con la mitad del esfuerzo.
Los virus oncolíticos pueden cambiar y reconfigurar los genes de muchos virus, como los adenovirus que causan resfriados y los herpesvirus que causan infecciones por herpes simple. Estas propiedades evitan que el virus infecte otras células distintas de las cancerosas, lo que dificulta su multiplicación incluso si están infectadas.
En 2015, IMLYGIC de Amgen fue aprobado oficialmente. Desde entonces, algunas grandes empresas farmacéuticas han tomado medidas para adquirir tecnología y derechos de venta de medicamentos desarrollados por empresas de riesgo.
Japón también está desarrollando tecnologías relacionadas.
Oncolys BioPharma ha logrado grandes logros en la investigación de virus oncolíticos, desarrolló Telomelysin y comenzó ensayos clínicos en Japón en 2017 reclutando pacientes con cáncer de esófago.
La inmunoterapia de células T con receptor de antígeno quimérico (terapia CART) es un tipo de terapia celular que convierte las células inmunitarias en células agresivas y destruye las células cancerosas.
La corriente principal de la terapia CART utiliza las propias células T de los pacientes con cáncer. Específicamente, primero se aísla un tipo de célula inmune llamada "célula T" (célula azul en la imagen) de la sangre de un paciente con cáncer, y el gen del "receptor de antígeno quimérico" (parte naranja en la Figura 3-4) se incrusta en Células T. Las células T que contienen componentes solo responden a las células cancerosas y tienen la función de las células inmunitarias de atacar las células cancerosas. Aumentar el número de células T "superagresivas" y luego volver a entrar en el cuerpo del paciente. En este momento, las células T superinvasivas que regresan al cuerpo del paciente ejercen plenamente el efecto invasivo de las células cancerosas, al tiempo que mejoran la actividad celular y continúan proliferando, asegurando una alta capacidad invasiva a largo plazo.
2065438 A finales de agosto de 2007, la terapia de células T con receptor de antígeno quimérico (terapia CART) desarrollada por la empresa suiza Novartis fue aprobada por primera vez en Estados Unidos.
Después de recibir el tratamiento CART, las condiciones de la mayoría de los pacientes están bajo control. Novartis utilizó la terapia CART para tratar una forma de leucemia potencialmente mortal apuntando a un marcador común en las células cancerosas. Después de tomar el medicamento durante 3 meses, se descubrió que casi todas las células cancerosas en 83 pacientes habían desaparecido.
Además, en el tratamiento del linfoma maligno, la empresa de capital riesgo Kite Pharma ha presentado una solicitud para la terapia CART en Estados Unidos. En Japón, las empresas japonesas Novartis y Daiichi Sankyo desarrollaron conjuntamente la terapia CART para la leucemia grave y el linfoma maligno. Junto con los efectos del súper ataque, vienen los efectos secundarios de la terapia con carro. Después de la aplicación clínica, cómo detectar y tratar rápidamente los efectos secundarios se ha convertido en una cuestión urgente que hay que resolver. Además, las terapias actuales con carritos están todas “hechas a medida” y tienen altos costos de producción y distribución. En el futuro, las partes interesadas no sólo deberán considerar cómo reducir costos, sino también estudiar el pago de los gastos médicos desde una perspectiva social.
Un rocío suave sobre la zona donde puede producirse el cáncer sólo hará que las células cancerosas brillen durante unos minutos. Este es el "Spray fluorescente contra el cáncer". En un futuro próximo, el spray fluorescente contra el cáncer puede aparecer en el campo médico como una herramienta para ayudar en la endoscopia y la cirugía.
Para aplicar este aerosol a la tecnología de "diagnóstico patológico intraoperatorio rápido" del cáncer de mama, el medicamento fue aprobado en 2018 y se llevó a cabo una evaluación integral del desempeño del aerosol fluorescente contra el cáncer. También han comenzado los ensayos de seguridad de la endoscopia y la cirugía para el cáncer de esófago.
El nombre científico de este spray es "sonda fluorescente", que fue desarrollado conjuntamente por Yasuhiro Urano, profesor del Departamento de Farmacia e Investigación Médica de la Universidad de Tokio, y Kobayashi Kobayashi, investigador jefe de los Institutos Nacionales de Salud (NIH). El reactivo emitirá fluorescencia después de reaccionar con algunas enzimas proteolíticas y su componente principal son pequeñas moléculas orgánicas.
La sonda fluorescente es un reactivo que combina aminoácidos y moléculas fluorescentes de rodamina. Normalmente incoloro y no fluorescente. Después de que el reactivo se encuentra con la enzima proteolítica en la superficie de las células cancerosas, las moléculas fluorescentes descompuestas por el agua liberan inmediatamente aminoácidos, ingresan al interior de las células cancerosas y emiten fluorescencia. Siempre que se rocíe menos de 1 mg de spray en el área sospechosa de cáncer, el área cancerosa se iluminará en unos minutos.
Un área importante de investigación clínica de este agente es el cáncer de mama. Para evitar lesiones residuales, es necesario realizar secciones (secciones) durante la cirugía de cáncer de mama para detectar si las células cancerosas se han eliminado por completo. Este es el llamado "diagnóstico patológico intraoperatorio rápido". La tecnología de sonda fluorescente permite un diagnóstico rápido y es un medio importante para reducir la carga de los cirujanos y patólogos.
Hasta ahora, la tecnología de sonda fluorescente ha logrado una precisión de verificación de más del 90% y puede identificar claramente el cáncer de mama. Centradas en el Hospital General Kesei Fukuoka (ciudad de Fukuoka), muchas instituciones están llevando a cabo investigaciones clínicas sobre el cáncer de mama y recopilando datos durante todo un año. De acuerdo con los requisitos, se debe presentar información relevante al solicitar ensayos clínicos de medicamentos a la Administración de Medicamentos y Dispositivos Médicos de la PMDA.
Si es más rápido, la sonda fluorescente solicitará la aprobación del fármaco en 2018.
En la cirugía de cáncer de mama, para proteger la integridad de la forma de la mama, muchas pacientes optan por la resección parcial, pero la resección parcial también aumenta el riesgo de cáncer residual. Para comprobar si hay residuos, es necesario realizar un "diagnóstico patológico intraoperatorio rápido", pero muchas instituciones médicas se enfrentan al problema de la falta de patólogos y el gran volumen de negocios, lo que dificulta su implementación completa.
Korea Chemical y Hamamatsu Photonics se han unido al campo de investigación. El profesor Urano de la Universidad de Tokio autorizó a Pentagonal Chemicals para fabricar sondas fluorescentes, y Hamamatsu Optoelectronics comenzó a desarrollar un dispositivo para medir cuantitativamente la intensidad de la fluorescencia.
El “hospital interno” es una tecnología que permite al cuerpo humano realizar un autodiagnóstico y tratamiento en las ocasiones y en el momento necesarios.
Las nanomoléculas, conocidas como "nanomáquinas inteligentes", viajan dentro del cuerpo humano para diagnosticar y tratar el cáncer y otras enfermedades en el acto. El Centro de Innovación en Nanomedicina, con el objetivo principal de "hospital in vivo", fue seleccionado para formar parte del Proyecto COINS, la base del proyecto de exportación de innovación del Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología de Japón. El director es Kataoka.
Para hacer realidad la tecnología de nanomáquinas inteligentes, Kataoka y otros desarrollaron un sistema de administración de fármacos para el cáncer. Utilizando polímeros hidrofílicos e hidrofóbicos como tejidos, se utilizan nanocápsulas (micelas de polímero) para envolver medicamentos directamente en el área afectada para su tratamiento.
La investigación y el desarrollo de fármacos anticancerígenos encapsulados en micelas poliméricas ha reunido el esfuerzo de todos. Es necesario diseñar el diámetro de la micela polimérica para que sea de 30 nm y el tamaño del virus para que sea de 100 nm. Sólo así se puede garantizar que no entre en los espacios vasculares de los tejidos normales, sino que pueda entrar en los grandes huecos exclusivos de los tejidos cancerosos. Sólo así se puede garantizar el efecto específico de los medicamentos contra el cáncer.
El valor del pH (índice de iones de hidrógeno) del tejido canceroso es inferior al del tejido normal. Después de la reacción, las micelas del polímero se rompen y se liberan los medicamentos anticancerígenos que contiene. Las micelas de polímeros actúan como caballos de Troya cuando ingresan al tejido canceroso y lanzan un ataque feroz. Muchas empresas están desarrollando tecnología de micelas de polímeros para encapsular medicamentos contra el cáncer y se están realizando ensayos clínicos.
Las micelas de polímeros que encapsulan medicamentos contra el cáncer son el primer paso hacia la realización de una tecnología de nanomáquinas inteligentes. En el segundo paso, Kataoka y otros están trabajando en el desarrollo de fármacos que tengan efectos tanto diagnósticos como terapéuticos. Uno de los resultados es un "agente de contraste de nanomáquina" que facilita la visualización por resonancia magnética de partes del cáncer malignas y difíciles de tratar. Bajo la influencia del ácido del estómago, las nanopartículas recubiertas de agente de contraste de manganeso reaccionan sólo con el entorno único del cáncer y liberan el agente de contraste.
Kataoka cree que el objetivo final de la tecnología de nanomáquinas es recopilar toda la información biológica del cuerpo del paciente y enviarla al chip integrado en el cuerpo para completar el diagnóstico de la enfermedad. Se puede decir que esta idea es similar a la estructura de una sonda de asteroides. Quizás algún día en el futuro, el mundo representado en la película de ciencia ficción "Fantasy" hace medio siglo realmente se haga realidad.
La "colonoscopia virtual" utiliza TC (tomografía computarizada) en espiral de múltiples cortes para tomar imágenes del intestino grueso y utiliza procesamiento informático para producir una imagen tridimensional del intestino grueso para ayudar a los médicos a encontrar pólipos y Lesiones cancerosas. También llamada "colonoscopia por TC".
La colonoscopia virtual utiliza más de 16 filas de TC multicorte para capturar con precisión la peristalsis del intestino grueso en un corto período de tiempo. Esta tecnología se ha utilizado clínicamente. Después de que las numerosas imágenes transversales tomadas por TC multicorte se combinan en una imagen tridimensional, el efecto de observación es casi el mismo que el de un endoscopio, por lo que esta tecnología también se denomina "endoscopia virtual".
A través de la observación clínica y la investigación, la tecnología de la colonoscopia virtual es tan sensible y específica como la endoscopia en la detección de lesiones, y muchas instituciones médicas avanzadas han comenzado a introducir la colonoscopia virtual. El intestino grueso tiene muchos pliegues y formas curvas. Con la colonoscopia virtual, se pueden descubrir con precisión incluso las lesiones ocultas dentro de los pliegues.
Durante el examen de TC, es inevitable una pequeña cantidad de radiación. El Centro Nacional de Investigación del Cáncer de Japón declaró que después de simular todo el proceso de colonoscopia virtual, la dosis de radiación en los dos lugares fue de 2 a 3 mSv, que es aproximadamente 1/5 (10 a 12 msv) de la dosis de radiación en rayos X enema. detección.
Actualmente, en el examen del cáncer colorrectal, el paciente debe someterse primero a una prueba de sangre oculta en heces y luego a una colonoscopia tras confirmar el resultado positivo.
Las mujeres tienden a mantenerse alejadas de la endoscopia debido a factores como el uso de laxantes, procedimientos complejos previos al tratamiento y el estigma. Y durante el proceso de prueba real, solo fue necesario realizar la prueba a unas 30 personas. No sólo eso, cuando se inserta y luego se retira el endoscopio del ano, es difícil detectar lesiones ocultas dentro de los pliegues del intestino grueso.
La terapia bacteriana intestinal es un método de tratamiento que inyecta flora intestinal en el intestino grueso para regular el ambiente intestinal y tratar y prevenir enfermedades. Las investigaciones muestran que la alteración de la flora normal en la flora intestinal es la principal causa de diarrea, estreñimiento y obesidad. Los resultados de investigaciones recientes han demostrado que la flora intestinal no sólo causa enfermedades difíciles como la colitis ulcerosa y la colitis alérgica, sino que también induce enfermedades neurológicas, enfermedad de las arterias coronarias y otras enfermedades.
La inyección de bacterias intestinales se puede dividir en los siguientes tipos: trasplante intestinal de heces, trasplante de cápsulas de bacterias intestinales carentes y administración de fármacos para tratar enfermedades de la flora intestinal.
Muchas instituciones médicas en Japón han realizado ensayos clínicos e investigaciones sobre la terapia de trasplante fecal. Los sujetos de la investigación son pacientes hospitalizados de edad avanzada que son propensos a enfermedades infecciosas intestinales difíciles y colitis ulcerosa. Entre ellos, el equipo de investigación de la Universidad de Suncheon estudió principalmente el tratamiento combinado de trasplante fecal y fármacos antibacterianos para pacientes con colitis ulcerosa. Después de tomar medicamentos antibacterianos, la cantidad de flora intestinal se redujo considerablemente, pero después del trasplante fecal, la flora intestinal mejoró enormemente.
Durante el tratamiento, después de tomar medicamentos antibacterianos, agregue unos 200 gramos de solución salina normal a las heces del paciente recogidas ese día para obtener una solución de unos 400 ml e inyecte la solución en el apéndice. El diagnóstico se confirmó mediante colonoscopia dentro de las 6 horas posteriores al trasplante.
Hasta el momento, en estudios clínicos, alrededor del 80% de los pacientes que han completado el tratamiento han mejorado significativamente sus síntomas. Después de analizar la flora intestinal, los investigadores descubrieron que, en comparación con la flora ineficaz, la proporción de bacterias - "Bacteroidetes", que es el componente principal de la flora eficaz, aumentó significativamente, lo que indica que la flora intestinal del paciente se estabilizó gradualmente.
En el futuro, el equipo de investigación de la Universidad de Sunchon planea llevar a cabo un tratamiento combinado de la enfermedad de Crohn con trasplante fecal y antibióticos. Las personas con enfermedad de Crohn tienen una flora intestinal muy alterada.
La "prueba continua de glucosa en sangre no invasiva" es un método de prueba que mide directamente los cambios de azúcar en sangre sin extracción de sangre (no invasivo). Este método instala sensores en el tejido subcutáneo del abdomen y la muñeca del paciente para simular fluctuaciones en los niveles de azúcar en sangre midiendo la conversión de corriente de glucosa del líquido intersticial.
En octubre de 2017 se lanzó el producto "Freestyle Libre" que permite a los pacientes medir el azúcar en sangre en cualquier momento y se incluyó en los seguros japoneses en septiembre. Este producto es comercializado por Abbott Japón. Con "FreeStyle Libre" puede medir directamente 14 días de datos de glucosa en sangre en tiempo real sin necesidad de extracción de sangre. El producto "FreeStyle Libre" permite que los pacientes administren la máquina ellos mismos, sin necesidad de un médico. Después de instalar el sensor en el cuerpo humano, el paciente puede conocer inmediatamente los datos de azúcar en sangre en ese momento siempre que toque el sensor con el lector, y también puede conocer la fluctuación del valor de azúcar en sangre. Este producto puede ayudar a prevenir la hipoglucemia, controlar la dieta de manera adecuada y controlar el aumento de los niveles de azúcar en sangre. También puede recordar a los usuarios que se adapten a los cambios durante el ejercicio e incluso puede cambiar los métodos tradicionales de tratamiento de la diabetes.
Antes del lanzamiento de “FreeStyle Libre”, Abbott lanzó el producto “FreeStyle Libre Pro” en diciembre de 2016. Este es un producto sólo para médicos, y el tiempo máximo de medición es de 14 días. Algunos expertos dijeron: "Cuando el tiempo de seguimiento es de dos semanas, la dosis y el tipo de medicamento se pueden ajustar cada semana, y se puede dar al paciente la prescripción más adecuada después de analizar los resultados de glucosa en sangre. Este producto tiene muchas ventajas". No solo puede registrar continuamente los cambios de glucosa en sangre del paciente, sino que también puede ayudar a detectar hipoglucemia nocturna en los pacientes.
Ambos productos están diseñados con mínimas fluctuaciones de corriente, eliminando la necesidad de pincharse el dedo para corregir el valor. En el pasado, la mayoría de los productos requerían la extracción de sangre de la punta de los dedos, lo que era un método de prueba invasivo.
La "angiografía" se utiliza principalmente para el diagnóstico de enfermedades cardiovasculares como la angina de pecho. Puede medir el número, la distribución, la forma de la aterosclerosis y si hay desgarros en el revestimiento de los vasos sanguíneos.
En los últimos años, la "endoscopia vascular" se ha desarrollado particularmente rápidamente y también existe la tecnología de "ultrasonido intravascular (IVUS)" que utiliza ultrasonido para observar imágenes tomográficas de los vasos sanguíneos en tiempo real.
Ambas técnicas no requieren rayos X, por lo que los pacientes no necesitan preocuparse por los efectos de la radiación y es más fácil de observar para los médicos. Esta tecnología comenzó a utilizarse clínicamente en la década de 1990 y la innovación tecnológica continúa avanzando.
Una importante innovación tecnológica en endoscopia vascular proviene de JIMRO, una filial de Otsuka Holdings. 2065438 En mayo de 2007, la empresa lanzó un nuevo endoscopio vascular "Angiography IJS 2.2". El nuevo producto adopta una cámara 3 MOS y una fuente de luz LED, y la imagen de salida es perfecta y de alta definición.
Otra innovación técnica de la endoscopia vascular es la "doble perfusión". Por supuesto, sin mencionar las arterias coronarias, incluso la aorta, que tiene un gran flujo sanguíneo, es claramente visible. La nueva tecnología ayuda a los médicos a ver daños sutiles en la aorta, como un precursor de la disección aórtica, que hasta ahora ha sido difícil de diagnosticar.
En IVUS, se inserta un catéter directamente a través de la lesión vascular y se instala un transceptor de ultrasonido en la punta del catéter para capturar lentamente imágenes de la lesión. La frecuencia de las ondas ultrasónicas ha aumentado de 40 MHz a 60 MHz en el pasado y constantemente se lanzan nuevos productos con una resolución muy mejorada y un tiempo de detección más corto.
La tecnología de alta resolución ayuda a ver claramente la separación de las arterias ateroscleróticas en la pared interna del vaso sanguíneo y también puede evaluar fácilmente la neogénesis de los stents implantados para mejorar la estenosis arterial. El tiempo de examen es corto, el tiempo de inserción de la arteria coronaria se reduce y el riesgo de isquemia se reduce considerablemente.
En el pasado, para diagnosticar enfermedades cardiovasculares isquémicas como la angina de pecho y el infarto de miocardio, era necesario llenar la cavidad de los vasos sanguíneos con un agente de contraste y realizar una angiografía coronaria con irradiación de rayos X. No sólo los pacientes están expuestos, sino que no se puede detectar la forma y la progresión de las arterias ateroscleróticas.
Las proteínas (nucleasas) tienen funciones de tijera y se utilizan para cortar diversos genes biológicos (ADN). En el proceso de reparación genética, los factores genéticos de las células se modifican cambiando la secuencia de ADN, o se reemplazan secuencias de ADN similares y se insertan secuencias de ADN tomadas de otros organismos a partir de las partes rotas. Esta es la tecnología de edición de genes. Con la tecnología de edición de genes, los humanos pueden cambiar libremente los genes de las especies y desarrollar nuevos alimentos y medicamentos, y sus aplicaciones en el campo biológico también se están expandiendo.
Hasta ahora, la tecnología de edición genética ha pasado por tres generaciones: la primera generación es la "nucleasa con dedos de zinc (ZFN)" y la segunda generación es la "nucleasa efectora similar al activador de la transcripción (TALEN)". La tercera generación está "repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente intercaladas (CRISPR/Cas 9)". Entre ellas, la tecnología CRISPR/Cas 9 puede completar la edición genética en poco tiempo, es barata y rápidamente se ha vuelto popular en todo el mundo. Utilizando la tecnología CRISPR/Cas 9, los humanos pueden cambiar los genes de plantas, peces, nematodos, ratones, cerdos, monos y humanos. La aplicabilidad universal de esta tecnología también ha acelerado su popularidad.
Muchos países utilizan la tecnología CRISPR/Cas 9 para cultivar animales transgénicos y realizar experimentos como células recombinantes. Esta tecnología no sólo se utiliza en la vida real, sino que también cultiva muchas variedades excelentes mediante la recolección de células altas y pequeñas producidas por sustancias y la realización de terapia génica. , y también está dando frutos en los campos de la agricultura, la silvicultura, la pesca, la química, la medicina, etc.
Por ejemplo, la tecnología CRISPR/Cas 9 se puede utilizar para cambiar genes que inhiben el crecimiento muscular y criar cerdos, pargos, etc. , son gordos y fuertes con muchas partes comestibles. Además, también se están realizando investigaciones para eliminar el gen anormal responsable de la amaurosis congénita (LCA), una enfermedad ocular difícil.
En el pasado, la tecnología transgénica generalmente usaba radiación para irradiar a múltiples individuos para cambiar sus características genéticas, seleccionar individuos (mutantes) que mutaron inesperadamente después de la irradiación y cumplieron con los requisitos, y extraer secuencias de ADN similares para la recombinación homóloga. Incruste el fragmento genético que necesita ser importado.
Tomando como ejemplo el cultivo de ratones transgénicos knockout, la recombinación homóloga cuesta entre 3 y 5 millones de yenes y tarda entre 1 y 2 años. Con la aparición de la tecnología CRISPR/Cas 9, el coste es de sólo unos pocos miles de yenes y el tiempo se reduce a aproximadamente un mes.
La "tecnología de minisecuenciación de próxima generación" es un pequeño dispositivo para la lectura a alta velocidad de factores genéticos y la secuenciación de bases del genoma.
En 2015, la empresa británica Oxford Nanopore Technology lanzó a nivel mundial un producto llamado MinION.
MinION tiene sólo el tamaño de la palma de la mano y se conecta a una computadora personal. La empresa proporciona la máquina host de forma gratuita y los usuarios sólo necesitan comprar un sensor desechable por 1.000 dólares estadounidenses. Por su reducido tamaño se puede utilizar en exteriores. En un esfuerzo por reutilizar el agua en el espacio, la NASA ha introducido el MinION para medir la contaminación del agua.
Oxford Nanopore Technologies lanzará productos más pequeños y más baratos después de finales de 2017. A medida que se reduce el número de sensores que leen el genoma (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN), el coste de las piezas desechables se reduce entre 1/3 y 1/5. Mirando alrededor del mundo, no solo Oxford Nanopore Technology Company tiene una nueva generación de tecnología de secuenciación pequeña, sino que Japan Quantum Biosystems Company también está desarrollando tecnologías relacionadas. Esperamos un mercado más activo en el futuro.
Los factores genéticos transportan información proteica para diversas funciones de los organismos. Existen innumerables factores genéticos en el genoma, la suma de información genética biológica. Las causas de enfermedades difíciles y complicadas y el desarrollo de nuevos fármacos son inseparables del análisis de factores genéticos y genomas.
Las diferentes especies biológicas tienen diferentes cantidades de información total en sus genomas. El genoma humano tiene aproximadamente 3 mil millones de pares de bases. La detección de un genoma tan grande debe depender del apoyo de tecnología de lectura de alta velocidad y "tecnología de secuenciación pequeña de nueva generación". Lea la información base de numerosos fragmentos del genoma y busque la información del fragmento leído en Internet para obtener la secuencia del genoma de los protozoos.
La tecnología para el análisis de datos de alta velocidad y a gran escala se está extendiendo rápidamente, pero el costo de introducción oscila entre decenas y cientos de millones de yenes, lo cual es demasiado caro. Sin embargo, para aumentar la información de los fragmentos de genes y realizar la detección óptica de etiquetas fluorescentes, es esencial contar con equipos grandes. MinION utiliza un sensor de proteínas especial para medir la corriente eléctrica que pasa a través del ADN y el ARN de la unidad y luego completa el análisis genético. Debido a que la cámara CCD y la tecnología láser utilizadas para leer genes están simplificadas, el tamaño del equipo también es más pequeño.
La tecnología de la "microscopía crioelectrónica" consiste en colocar los objetos medidos, como biomoléculas, en un entorno de temperatura ultrabaja de aproximadamente -200 grados Celsius, utilizar haces de electrones para tomar imágenes y analizarlas a través de computadoras. , y finalmente obtener las imágenes de los objetos medidos. Pequeñas estructuras tridimensionales. El nombre inglés de Cryo en criomicroscopio es Cryo-electronic Microscopy, que significa temperatura ultrabaja. Ha atraído la atención de todos los ámbitos de la vida desde finales de 2013.
La resolución de la microscopía crioelectrónica es de 1 Amy (0,1 nm), cercana al tamaño de un solo átomo, y puede analizar con precisión la estructura tridimensional de moléculas biológicas como las proteínas. Desentrañar la estructura biomolecular de las biomoléculas y los “culpables” de la infección podría beneficiar enormemente el desarrollo de fármacos y otros productos. Si podemos resolver la estructura molecular de la fotosíntesis de las plantas, incluso podremos completar la fotosíntesis artificialmente y sintetizar materia orgánica a partir de la luz solar.
Los pasos de aplicación específicos de la tecnología de microscopía crioelectrónica son los siguientes: primero, romper la estructura de partículas de biomoléculas como las proteínas y preparar muestras congeladas que incorporen partículas extremas. Cada molécula de proteína tiene un tamaño de aproximadamente 10 nanómetros y las muestras congeladas pueden contener múltiples partículas. Coloque la muestra en un ambiente congelado para su observación. En una sola noche, el dispositivo puede capturar automáticamente cientos de imágenes de microscopio electrónico de alta resolución. Con cientos de partículas capturadas en una sola imagen, el número total de partículas de proteínas capturadas en una noche superaría los 654,38 millones. Después de que decenas de miles de datos completos y buenos sean examinados y analizados por computadoras, finalmente se puede obtener información estructural tridimensional más detallada.
Si la muestra es de buena calidad, incluso se pueden observar con un microscopio electrónico los átomos que forman la molécula. Después de observar durante aproximadamente una semana, se puede obtener una imagen con una resolución de 5 Amy y un modelo atómico en aproximadamente un mes.
1 La microscopía crioelectrónica requiere una inversión de entre 100 y 200 millones de yenes, y muchas instituciones de investigación, universidades y empresas farmacéuticas y químicas la han introducido sucesivamente. Una de las empresas más conocidas en la industria crio-EM es la japonesa JEOL.
Antes de la llegada de la microscopía criogénica, los científicos analizaban principalmente la estructura de las biomoléculas mediante análisis de difracción de rayos X de cristales. Después de irradiar un cristal con rayos X, los rayos X se difractarán debido a las diferentes densidades internas del cristal. La estructura tridimensional del cristal se analizó utilizando principios físicos.
Cuanto más regular es la cristalización, mayor es el volumen y más detallada es la información de la estructura tridimensional. Sin embargo, es difícil obtener cristales de biomoléculas de alta calidad, por lo que todavía quedan muchos misterios sobre la estructura tridimensional de las proteínas que aún no se han resuelto. La industria también espera analizar la estructura de más proteínas libres de cristales mediante microscopía crioelectrónica.
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