Duke-spin-out CasTag BioSciences bouwt een betere eiwitval met boost van NCBiotech
Datum gepubliceerd:DURHAM – Levenswetenschappers houden van antilichamen, niet alleen omdat deze kleine eiwitten ons allemaal helpen beschermen tegen ziekteverwekkers, maar omdat antilichamen ook een zeer handig laboratoriumhulpmiddel zijn voor het identificeren en markeren van eiwitten die van belang zijn voor hun onderzoek.
Als je iets heel kleins probeert te vinden, heb je een klein vlaggetje nodig om het te markeren. Dat is een antilichaam.
Net als de meeste onderzoekers op het gebied van de biowetenschappen is Scott Soderling, voorzitter van Duke-celbiologie, afhankelijk van op maat gemaakte antilichamen, moleculen die op bestelling zijn gemaakt door honderden verschillende toeleveringslaboratoria die wetenschappers helpen specifieke eiwitten in celculturen en levende organismen te vinden en te markeren.
“Maar er is een probleem”, legt hij uit in de kleine vergaderruimte naast zijn kantoor bij Nanaline Duke. “Vijftig procent van de antilichamen op de markt zijn rommel. Ze zijn niet specifiek. Ze binden misschien wat jij denkt dat ze binden, maar dan binden ze zich aan andere dingen waar je niets vanaf weet, of binden ze helemaal niet wat jij wilt binden.”
Erger nog: de ene batch op maat gemaakte antilichamen is mogelijk niet dezelfde als de vorige. “Stel dat je een perfect antilichaam hebt dat precies bindt wat je wilt en niets anders. En dan bestel je het volgende lot en er is een ander preparaat van een ander dier, en je bent weer terug bij af. Het werkt niet.”
"Er wordt gedacht dat deze slechte antilichamen tot een groot deel van de niet-reproduceerbare resultaten leiden", zegt Soderling. “Dus het kost geld, het kost tijd en het kost geloofwaardigheid. Dit is een enorm probleem voor de wetenschap, zowel de academische wereld als de industrie.” Gedeeltelijk komt het probleem voort uit het feit dat op maat gemaakte productietechnieken voor antilichamen dateren uit de jaren zeventig, zegt hij.
Maar Soderling heeft een Duke-spin-outbedrijf opgericht waarvan hij hoopt dat het het betrouwbaarheidsprobleem zal oplossen. CasTag BioSciences is gebaseerd op een technologie die in zijn laboratorium is ontwikkeld en die interessante eiwitten op een geheel nieuwe manier markeert, met behulp van de tool voor genoombewerking CRISPR.
Een belangrijk onderdeel van het onderzoek van Soderling is het identificeren van eiwitten in de synapsen van de hersenen, de kleine openingen tussen zenuwcellen waar signalen worden verzonden en ontvangen. Al die signalering wordt gereguleerd door specifieke eiwitten. Maar het identificeren van al die eiwitten in de synaps en het interpreteren van wat ze tegen de cel zeggen, is een enorm probleem in een heel kleine ruimte. Antilichamen zijn een belangrijk hulpmiddel, maar het werk was frustrerend en traag, deels vanwege de moeilijkheid om met op maat gemaakte antilichamen te werken.
Ongeveer drie jaar geleden, toen het nieuws over de nieuwe technologie voor het bewerken van genen genaamd CRISPR zich verspreidde, wilden Soderling en zijn team kijken of het hen een betere manier zou kunnen bieden om de honderden en zelfs duizenden eiwitten die ze in het kleine synaps tussen neuronen.
“We hadden het idee dat CRISPR een geweldig hulpmiddel zou kunnen zijn om het urgente probleem van het identificeren en labelen van deze honderden eiwitten aan te pakken”, zegt Soderling. “Wat we ontwikkelden was een nieuwe modulaire methode om het etiketteringsprobleem feitelijk op zijn kop te zetten.”
Ze gebruiken CRISPR om korte sequenties in een gen te bewerken, zodat elk eiwit dat het produceert een tag draagt die ze hebben gemaakt en die wordt gedetecteerd door een bekend, betrouwbaar en goed gekarakteriseerd antilichaam, in plaats van een schot in het donker. antilichaam.
“Deze antilichamen herkennen een klein segment van aminozuursequenties”, legt Soderling uit. “Dus we nemen gewoon het DNA dat voor die aminozuren codeert – het handvat – en we stoppen dat handvat rechtstreeks in het gen in vivo, of in de cel”, zegt Soderling.
Nadat de proof-of-concept-experimenten prachtige eiwitlabels in de muizenhersenen hadden opgeleverd, keek Soderling naar de beelden en zei: "Oké, het is enorm."
Ze noemden hun nieuwe systeem HiUGE (homologie-onafhankelijke universele genoomtechniek), en het zou wel eens enorm groot kunnen zijn.
Ze noemen het plug-and-play-biologie, omdat ze met slechts een paar van hun tags honderden onbekende eiwitten kunnen adresseren, en ze kunnen zelfs meerdere tags tegelijk in een gen stoppen. Soderling zegt dat het systeem modulair en eenvoudig te gebruiken is, wat semi-geautomatiseerde, high-throughput benaderingen voor het labelen van eiwitten mogelijk zal maken.
Denk bij wijze van analogie aan een vrachtwagenchauffeur die in het donker in een stortbui langzaam door het blok rijdt op zoek naar huisnummer 2345. Wat Soderling en zijn team hebben gedaan, is op elk huis met nummer 2345 een helder bord plaatsen met de tekst 'Hé UPS! Hier!"
Het HiUGE-systeem wordt aan levende cellen afgeleverd, hetzij in een schaaltje, hetzij in een organisme, door een paar adeno-geassocieerde virussen die als een team werken. Eén virus draagt gids-RNA bij zich dat de plek markeert waar CRISPR het DNA moet knippen en een nieuw stukje code moet invoegen. Het tweede adeno-geassocieerde virus draagt 'de lading', een tag of tags die ze hebben bedacht en die nu zullen worden ingebouwd in elk eiwit dat vervolgens door het gen wordt geproduceerd.
De vectoren, inclusief een synthetisch gids-RNA en HiUGE-tags, zijn agnostisch of 'homologie-onafhankelijk', zoals de naam al aangeeft. Het maakt ze niet uit welk gen er om hen heen is. "We hebben dit gids-RNA zo ontworpen dat het specifiek niets herkent in de genomen van muizen, mensen, apen, katten of ezels", zegt Soderling.
Het is een slimme manier om het onbekende te verkennen.
Deze aanpak bevordert niet alleen hun eigen werk, maar Soderling begon ook te beseffen dat een snelle, flexibele en nauwkeurigere manier om eiwitten te labelen ook een zakelijke kans zou kunnen zijn. Met wat onderzoek kwam hij erachter dat op maat gemaakte antilichamen een markt van $2,4 miljard vormen – opnieuw met producten die slechts de helft van de tijd werken zoals geadverteerd.
Hij nam contact op met Duke's Office of Licensing and Ventures (OLV) om het patenteringsproces te starten en advies te krijgen over het starten van een bedrijf. “Toen moest ik een manier vinden om het bedrijf te runnen, omdat ik al een geweldige baan heb.” Sterker nog, hij was rond dezelfde tijd ook benoemd tot hoogleraar celbiologie.
Op aanbeveling van OLV bezocht Soderling Biolabs North Carolina, een gedeelde werkruimte in het Chesterfield Building in het centrum van Durham, die maandelijks individuele natte laboratoriumbanken huurt en alle basisapparatuur levert die een startup nodig heeft, inclusief koeling, gentechnologie, -kopiëren van PCR-machines, centrifuges, etc. Hij pitchte zijn idee bij Biolabs en keek rond.
De volgende dag belde Ed Field, president van BioLabs NC, Soderling en vroeg of hij hulp nodig had bij het runnen van het bedrijf. Field, een startup-veteraan, is nu de CEO van CasTag. Het bedrijf heeft genoeg geld ingezameld met een lening van het North Carolina Biotechnology Center om een recent afgestudeerde van de Fuqua Business School aan te nemen als hoofd bedrijfsontwikkeling en een voormalig postdoc voor Soderling om het laboratorium parttime te runnen terwijl hij op zoek is naar een baan in de industrie. .
“We hebben een website. We hebben orders. We hebben klanten. Het is operationeel”, zegt Soderling met een zekere verwondering in zijn stem. Zijn conferentietoespraken over HiUGE en een paper van 1 juli 2019 in Neuron trokken enige aandacht. Vervolgens werd de krant opnieuw gepubliceerd als een van de “beste van 2018-2019” van het tijdschrift, wat nog meer aandacht trok.
En nu hebben ze ook ideeën voor nieuwe producten. "Ik hoop dat dit zich zal uitbreiden en zelfs groter zal worden dan alleen het labelen van eiwitten", zegt Soderling.
‘Weet je, North Carolina was vroeger een productiestaat’, zegt Soderling, een zachtaardige inheemse Tennesseër. “Ik zou het geweldig vinden om op een dag wakker te worden en het centrum van Durham binnen te rijden en een van de voormalige productiemagazijnen te zien neuriën van de mensen die deze reagentia maken om over de hele wereld te worden verzonden. Dat is de droom.”
(c) Biotechnologiecentrum van North Carolina
Originele artikelbron: WRAL TechWire