Sviluppo di una piattaforma scalabile per il monitoraggio molecolare umano

L’elettronica sanitaria indossabile è ormai onnipresente, ma il monitoraggio molecolare continuo è ampiamente disponibile solo per il glucosio. Decenni di ricerca hanno esteso il monitoraggio continuo ad altre molecole, ma queste tecniche sono limitate ai laboratori di ricerca e rimangono scollegate dall’uso umano quotidiano. Proponiamo una piattaforma per tradurre e distribuire queste tecnologie emergenti, consentendo la mappatura del metaboloma umano variabile nel tempo e la progettazione di dispositivi a circuito chiuso per una salute personalizzata.

Gli esseri umani sono i migliori organismi modello per l’uomo, ma disponiamo di pochi strumenti per studiare la biochimica umana in situ e in tempo reale. Il database del metaboloma umano elenca circa 20.000 composti rilevati, di cui solo circa 3.000 sono stati quantificati. Ancora meno di queste biomolecole sono state studiate con risoluzione temporale in studi longitudinali sull’uomo.

I fenomeni cardiovascolari, metabolici/endocrini e di farmacocinetica dei farmaci sono guidati da biomolecole che variano su una scala temporale che va dai secondi ai minuti fino alle ore, influenzando il comportamento e il benessere su scale temporali simili. Attualmente, l’unico modo per misurare queste molecole è attraverso test di laboratorio, che sono invadenti nella vita quotidiana. Inoltre, i test di laboratorio non possono essere condotti con la frequenza necessaria per catturare tutte queste variazioni.

Al contrario, i monitor indossabili sono facili da usare e consentono misurazioni continue nella scala temporale corretta. Questi monitor richiedono biosensori appositamente progettati, poiché esiste un numero limitato di enzimi presenti in natura che generano segnali elettrici continui e variabili nel tempo come quelli utilizzati dai monitor continui del glucosio, che sono attualmente l’unico dispositivo di questo tipo disponibile in commercio. Tuttavia, la maggior parte dei laboratori che pionieri nelle strategie di biorilevamento non sviluppano dispositivi compatibili con l’uomo e viceversa, creando un abisso tra queste due aree di ricerca e sviluppo.

Questo progetto mira a ottenere un monitoraggio continuo minimamente invasivo di oltre 100 analiti nel corpo umano e a fornire dispositivi ai ricercatori. Questo progetto svilupperà un banco di prova per dispositivi medici in grado di utilizzare la miriade di strategie di biorilevamento perseguite dai laboratori accademici per sviluppare dispositivi per esperimenti umani. Il nostro approccio tecnico combina canali ionici sintetici e interruttori conformazionali accoppiati con un array CMOS per valutare molti analiti in parallelo. Abbiamo già accesso a tecniche di fabbricazione personalizzate, e i costi e gli ostacoli nella progettazione e produzione di proteine ​​e sensori di silicio tendono a diminuire.

Il progetto si svilupperà attraverso quattro fasi interdipendenti:

Il progetto si svilupperà attraverso quattro fasi interdipendenti.

Le organizzazioni di ricerca mirate (FRO) sono gruppi di ricerca focalizzati su una missione limitata nel tempo, organizzati come una startup per affrontare una specifica sfida scientifica o tecnologica di media scala. I progetti FRO cercano di produrre nuovi strumenti, tecnologie, processi o set di dati trasformativi che fungono da beni pubblici, creando nuove capacità per la comunità di ricerca con l’obiettivo di accelerare il progresso scientifico e tecnologico in modo più ampio. Fondamentalmente, i progetti FRO sono quelli che spesso cadono nelle crepe lasciate dalle fonti di finanziamento della ricerca esistenti a causa di incentivi, processi, missione o cultura contrastanti. Esiste probabilmente un’ampia gamma di concetti di progetto per i quali le agenzie potrebbero sfruttare entità di tipo FRO per raggiungere la loro missione e promuovere il progresso scientifico.

Questo progetto si adatta a un modello in stile FRO perché le quattro fasi della ricerca richiedono cicli di feedback stretti e standardizzazione e l’industria dei dispositivi medici non è incentivata a perseguire questo tipo di ricerca. Le aziende private in genere si concentrano su una manciata di molecole più rilevanti per la cura del diabete, sfruttando biosensori comprovati e rimborsi assicurativi prevedibili. Un istituto autonomo e senza scopo di lucro è il più adatto per standardizzare e ridurre i rischi degli esperimenti sul monitoraggio molecolare per catalizzare la formazione di un consorzio di sperimentatori. Proprio come l’organizzazione no-profit AddGene ha standardizzato e democratizzato l’accesso al materiale genetico, cerchiamo di sviluppare un’istituzione analoga per i dispositivi medici.