立即注册找回密码

QQ登录

只需一步,快速开始

微信登录

微信扫一扫,快速登录

小桔灯网

小桔灯网 门户 资讯中心 专栏文章 石头专栏 查看内容

硬核丨GNA Biosolutions PCA技术原理解析

2019-8-9| 编辑: 面气灵| 查看: 1028| 评论: 0|来源: 石头道科普

摘要: 2019年8月5日,德国分子诊断公司GNA Biosolutions宣布完成1350万美元的C轮融资,其独创的脉冲控制扩增技术 (Pulse Controlled Amplification–PCA)引起了我的极大关注。该技术最大的特点是新颖,超快速且经济高效, ...



2019年8月5日,德国分子诊断公司GNA Biosolutions宣布完成1350万美元的C轮融资,其独创的脉冲控制扩增技术 (Pulse Controlled Amplification–PCA)引起了我的极大关注。该技术最大的特点是新颖,超快速且经济高效,可捕获和扩增复杂临床样品中的核酸。本次推送主要从文章-专利等角度,看PCA如何实现超快速PCR分子诊断。



公司简介


GNA Biosolutions成立于2010年,主要从事与分子诊断技术研发、OEM模块研究、超快速分子诊断平台,为医疗诊断,生物安全,食品安全和生命科学领域的行业和研究合作伙伴提供及时,可靠和可操作的结果。公司的核心管理者有三人,Joachim Stehr,Federico Bürsgens和Lars Ullerich。

作为研究生,自然对CTO更感兴趣。Joachim是联合创始人兼董事总经理,也是GNA的研究主管,是GNA光热检测技术的核心发明者。Joachim毕业于慕尼黑Ludwig-Maximilians-Universität,导师是 Feldmann教授,研究内容为光子学和光电子学。Joachim也是德国国家学术基金会(Studienstiftung)的研究员,其发起的Nanostove项目最终成为了GNA Biosolutions的技术基础。技术在手,学霸创业,这种人真的让人羡慕啊!



关键文章


GNA Biosolutions的核心技术是脉冲控制扩增(PCA),这是一种使用纳米材料创建的突破性核酸检测技术。PCA与传统PCR(聚合酶链反应)的DNA复制原理相同,后者在过去30年中一直是分子生物学的基石。然而,PCA利用能量转换纳米材料实现受控的温度循环,以便大大缩短PCR反应时间,克服常规PCR的关键限制。PCA可在几分钟内提供核酸检测结果,并加速分子实验室工作流程。


Web of Science检索“Joachim”能够搜到PCA的关键技术文章。其中最主要的有下面几篇:

Gold NanoStoves for Microsecond DNA Melting Analysis

Nano Lett.2008 82 619-623.

该文章是第一次使用金纳米颗粒进行光学诱导的DNA融合并建立DNA测定。我们都知道金纳米材料具有很强的光热性能,被广泛应用于纳米药物载体,进而实现肿瘤的靶向治疗。这种无机纳米药物载体目前最主要的难点在于生物安全性,Joachim很创新性地把金纳米材料的光热性能应用于DNA的融化。本文章使用DNA结合的AuNP聚集体作为光吸收剂,将300ns激光脉冲的光能局部转换为热能。该热能用于在微秒时间尺度上熔化双链DNA。


DNA Melting in Gold Nanostove Clusters

J. Phys. Chem. C 2010 11 416 7401-7411.

该文章从模拟到实验对金纳米颗粒的光学诱导DNA融合进行详细的分析。这种光热变化很快,只需要260ns的激光脉冲,就能使金纳米团簇在700ns后达到80-100摄氏度,瞬时最高温可达120摄氏度。


Tuning DNA Binding Kinetics in an Optical Trap by Plasmonic Nanoparticle Heating

Nano Lett.2013 137 3140-3144.

该文章主要研究了金纳米颗粒脉冲加热时光阱中的DNA结合动力学。该文章主要的贡献在于详细分析了这种加热方式的DNA结合动力学,为以后的PCR反应奠定了非常重要的理论基础。主要结论是在较大的捕获功率(即较大的温度和较硬的陷阱)下,杂交率降低了一个数量级以上。

Ultra-fast PCR technologies for point-of-care testing

LaboratoriumsMedizin, 2017, 41(5): 239-244.

该文章是关于脉冲控制扩增技术 (Pulse Controlled Amplification–PCA)最详细的介绍文章。本质上PCA和PCR基本上是同样的技术原理,唯一不同的是使用短时脉冲使金纳米颗粒产生热量。如上面的文献可知,这种脉冲热量非常迅速,且很容易消散到溶液中,仅可有效地加热与其表面结合的引物或扩增子。一旦激光束停止照射纳米颗粒,它们立即冷却至反应溶液的设定温度。因此,反应的大量液体就可被用作内置冷却储器。图A,B和C显示纳米级的脉冲控制扩增原理。图A)在Laser PCR®反应混合物中,金纳米颗粒(黄色)用靶特异性引物(浅绿色)功能化; (B)靶标DNA(红色)与金纳米粒子上的特异性引物退火,DNA聚合酶结合伸长; (C)在样品上扫描的激光束激发所有纳米颗粒,导至扩增子的局部加热和变性。



关键专利


目前在专利局可搜索到GNA Biosolutions的14个核心专利。专利布局覆盖德国、法国、美国、加拿大和中国。专利的具体内容和文章Ultra-fast PCR technologies for point-of-care testing类似。比较有意思的一点是,专利和文章都强调该方法能够检测最少10 copies的病毒,如MRSA


PCA的优点


1

更简单的过程 


GNA Biosolutions定义PCA是用于分子诊断应用的下一代核酸扩增技术(NAAT)。常规分子诊断涉及离散裂解,样品纯化和涉及复杂试剂的扩增步骤。PCA天然具有靶标捕获能力,有助于核酸纯化,使得Sample to Answer的过程变得更简单。


2

更快的测试 


在传统的PCR扩增中,反应必须在不同温度下循环,这意味着需要将热循环仪和风扇构建到PCR仪器中以实现加热和冷却。在PCA中,仪器中的热循环仪由消耗品中的微循环器代替。微秒脉冲介导瞬时加热和被动冷却,能够在10分钟或更短时间内检测扩增的核酸。


3

更低的成本 


分子检测的典型仪器往往是复杂而精密的实验室装置。相比之下,基于PCA的仪器可以使用低成本,批量生产的,可随时组装的组件制造。



融资历史


GNA Biosolutions的初始投资者包括Mey Capital Matrix和KfW的ERP Start-up-Fund。2015年,GNA Biosolutions与其他投资合作伙伴(Robert Bosch Venture Capital,SHS,Unternehmer TUM和btov Partners)完成融资。新资本用于刺激产品开发并开始商业化。2019年8月5日,GNA Biosolutions宣布完成1350万美元的C轮融资,投资者是GreyBird Ventures, Occident和Wachtumsfonds Bayern。



感言


自PCR发明以来,温度控制一直是开发超快分子检测的瓶颈。尽管目前有很多等温扩增技术大大减少了分子诊断的时间要求,但PCR仍然是最普适、性能最好的技术。当然,等温扩增在定性和快检上也具有其独特的优势。GNA Biosolutions使用PCA技术,使得PCR分子检测能够应用于更多对时间敏感的场景,包括病毒、细菌、生物安全和食品安全等的快速检测。体外诊断本质上是技术集成度非常高的行业,很多创新公司能够在巨头林立的环境中成长并逐步壮大,关键还是得靠自身的技术实力。我自己是非常喜欢并羡慕这样的人和企业,这也是我未来学习的榜样。



分子诊断技术QQ群号:2768923,欢迎加入交流!


声明:
1、凡本网注明“来源:小桔灯网”的所有作品,均为本网合法拥有版权或有权使用的作品,转载需联系授权。
2、凡本网注明“来源:XXX(非小桔灯网)”的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。其版权归原作者所有,如有侵权请联系删除。
3、所有再转载者需自行获得原作者授权并注明来源。

鲜花

握手

雷人

路过

鸡蛋

最新评论

关闭

官方推荐 上一条 /3 下一条

客服中心 搜索 官方QQ群 洽谈合作
返回顶部