Sejak freezer ditemukan, industri ilmu kehidupan telah bergantung pada mereka. Itu karena banyak sampel pasien, kandidat obat, dan biologi lainnya harus disimpan dan diangkut dalam freezer yang kuat atau dikelilingi oleh es kering agar tetap stabil.
Masalahnya adalah tampilan penuh selama pandemi Covid-19, ketika truk vaksin harus dibuang karena mereka telah dicairkan selama transportasi. Saat ini, taruhannya bahkan lebih tinggi. Obat presisi, dari terapi sel CAR-T hingga sekuensing DNA tumor yang memandu pengobatan kanker, tergantung pada sampel biologis yang murni. Namun pemadaman listrik tunggal, keterlambatan pengiriman, atau kegagalan peralatan dapat menghancurkan sampel pasien yang tak tergantikan, mengatur kembali perawatan selama berminggu -minggu atau menghentikannya sepenuhnya. Di daerah terpencil dan negara-negara berkembang, kurangnya penyimpanan dingin yang andal secara efektif mengunci seluruh populasi dari kemajuan yang menyelamatkan jiwa ini.
Cache DNA ingin membebaskan industri dari freezer. Di MIT, pendiri perusahaan menciptakan cara baru untuk menyimpan dan melestarikan molekul DNA pada suhu kamar. Sekarang perusahaan sedang membangun teknologi pelestarian biomolekul yang dapat digunakan dalam aplikasi di seluruh perawatan kesehatan, dari tes darah rutin dan skrining kanker hingga penelitian penyakit langka dan kesiapan pandemi.
“Kami ingin menantang paradigma,” kata salah satu pendiri Cache DNA dan mantan postdoc James Banal MIT. Biotech telah bergantung pada rantai dingin selama lebih dari 50 tahun. Mengapa itu tidak berubah? Sementara itu, biaya sekuensing DNA telah anjlok dari $ 3 miliar untuk genom manusia pertama yang di bawah $ 200 hari ini. Dengan pengurutan DNA dan sintesis menjadi sangat murah dan cepat, penyimpanan dan transportasi telah muncul sebagai penghinaan kritis.
Ketika perusahaan bekerja untuk melestarikan biomolekul di luar DNA dan skala produksi kitnya, co-founder Profesor Banal dan MIT Mark Bathe percaya teknologi mereka memiliki potensi untuk membuka wawasan kesehatan baru dengan membuat penyimpanan sampel dapat diakses oleh para ilmuwan di seluruh dunia.
“Bayangkan jika setiap manusia di Bumi dapat berkontribusi pada biobank global, bukan hanya mereka yang hidup di dekat fasilitas freezer jutaan dolar,” kata Banal. “Itu 8 miliar cerita biologis, bukan hanya sedikit yang istimewa. Penyembuhan yang kita lewatkan mungkin bersembunyi di biomolekul seseorang yang belum pernah kita jangkau.”
Dari komputasi kuantum ke “Jurassic Park”
Banal datang ke MIT dari Australia untuk bekerja sebagai postdoc di bawah BATHE, seorang profesor di Departemen Teknik Biologi MIT. Banal terutama dipelajari di MIT-Harvard Center for Excitonics, yang melaluinya ia berkolaborasi dengan para peneliti dari seluruh MIT.
“Saya mengerjakan beberapa hal yang sangat aneh, seperti nanoteknologi DNA dan persimpangannya dengan komputasi kuantum dan fotosintesis buatan,” kenang Banal.
Proyek lain berfokus pada penggunaan DNA untuk menyimpan data. Sementara komputer menyimpan data sebagai 0s dan 1s, DNA dapat menyimpan informasi yang sama menggunakan nukleotida A, T, G, dan C, yang memungkinkan penyimpanan data yang sangat padat: dengan satu perkiraan, 1 gram DNA dapat menampung hingga 215 data petabyte.
Setelah tiga tahun bekerja, pada tahun 2021, dangkal dan mandi menciptakan sistem yang menyimpan data berbasis DNA dalam partikel kaca kecil. Mereka mendirikan Cache DNA pada tahun yang sama, mengamankan kekayaan intelektual dengan bekerja dengan kantor lisensi teknologi MIT, menerapkan teknologi untuk menyimpan sampel asam nukleat klinis serta data DNA. Namun, teknologinya terlalu baru untuk digunakan untuk sebagian besar aplikasi komersial pada saat itu.
Profesor Kimia Jeremiah Johnson memiliki pendekatan yang berbeda. Penelitiannya telah menunjukkan bahwa plastik dan karet tertentu dapat dibuat didaur ulang dengan menambahkan ikatan molekuler yang dapat dibuang. Johnson mengira teknologi Cache DNA bisa lebih cepat dan lebih dapat diandalkan menggunakan polimer seperti kuningnya, mirip dengan bagaimana para peneliti di film “Jurassic Park” memulihkan DNA dinosaurus kuno dari resin amber fosil pohon.
“Ini pada dasarnya dimulai sebagai percakapan yang menyenangkan di sepanjang aula bangunan 16,” kenang Banal. “Dia telah melihat pekerjaan saya, dan saya sadar akan inovasi di labnya.”
Banal segera melihat potensinya. Dia akrab dengan beban rantai dingin. Untuk eksperimen MIT -nya, ia akan menyimpan sampel di freezer besar yang disimpan di -80 derajat Celcius. Sampel terkadang tersesat di dalam freezer atau dimakamkan dalam penumpukan es yang tak terhindarkan. Bahkan ketika mereka diawetkan dengan sempurna, sampel dapat menurun saat mereka dicairkan.
Sebagai bagian dari kolaborasi antara cache DNA dan MIT, Banal, Johnson, dan dua peneliti di laboratorium Johnson mengembangkan polimer yang menyimpan DNA pada suhu kamar. Dengan anggukan inspirasi mereka, mereka menunjukkan pendekatan dengan mengkode urutan DNA dengan lagu tema “Jurassic Park”.
Polimer para peneliti dapat mencakup material sebagai cairan dan kemudian membentuk blok yang padat seperti kaca saat dipanaskan. Untuk melepaskan DNA, para peneliti dapat menambahkan molekul yang disebut cysteamine dan deterjen khusus. Para peneliti menunjukkan proses tersebut dapat bekerja untuk menyimpan dan mengakses semua 50.000 pasangan dasar genom manusia tanpa menyebabkan kerusakan.
“Amber Nyata tidak hebat dalam pelestarian. Berpura -pura dan membiarkan kelembaban dan udara,” kata Banal. “Apa yang kami bangun sangat berbeda: jaringan polimer padat yang membentuk penghalang yang tidak dapat ditembus di sekitar DNA. Pikirkan itu seperti penyegelan vakum, tetapi pada tingkat molekuler. Polimernya sangat hidrofobik sehingga air dan enzim yang biasanya menghancurkan DNA tidak bisa dilalui.”
Ketika penelitian itu terbentuk, cache DNA belajar bahwa penyimpanan sampel adalah masalah besar dari rumah sakit dan laboratorium penelitian. Di tempat -tempat seperti Florida dan Singapura, para peneliti mengatakan berpendapat dengan efek kelembaban pada sampel adalah sakit kepala terus -menerus. Peneliti lain di seluruh dunia ingin tahu apakah teknologi tersebut akan membantu mereka mengumpulkan sampel di luar lab.
“Rumah sakit memberi tahu kami bahwa mereka kehabisan ruang,” kata Banal. “Mereka harus membuang sampel, membatasi pengumpulan sampel, dan sebagai skenario kasus terakhir, mereka akan menggunakan teknologi penyimpanan yang berumur beberapa dekade yang mengarah pada degradasi setelah periode waktu yang singkat. Menjadi bintang utara bagi kita untuk menyelesaikan masalah itu.”
Alat baru untuk kesehatan presisi
Tahun lalu, cache DNA mengirimkan lebih dari 100 kit pelestarian DNA alpha pertama ke peneliti di seluruh dunia.
“Kami tidak memberi tahu para peneliti untuk menggunakannya, dan pikiran kami terpesona oleh kasus penggunaan,” kata Banal. “Beberapa menggunakannya untuk mengumpulkan sampel di lapangan di mana pengiriman dingin tidak layak. Lainnya dievaluasi untuk penyimpanan arsip jangka panjang. Aplikasi berbeda, tetapi masalahnya universal: mereka semua membutuhkan penyimpanan yang andal tanpa batasan pendinginan.”
Cache DNA telah mengembangkan seluruh rangkaian teknologi pelestarian yang dapat dioptimalkan untuk berbagai skenario penyimpanan. Perusahaan juga baru -baru ini menerima hibah dari National Science Foundation untuk memperluas teknologinya untuk melestarikan petak biomolekul yang lebih luas, termasuk RNA dan protein, yang dapat menghasilkan wawasan baru tentang kesehatan dan penyakit.
“Inovasi penting ini membantu menghilangkan rantai dingin dan memiliki potensi untuk membuka jutaan sampel genetik secara global untuk cache DNA untuk memberdayakan obat yang dipersonalisasi,” kata Bathe. “Penghapusan rantai dingin adalah setengah dari persamaan. Setengah lainnya berskala dari ribuan hingga jutaan atau bahkan miliaran sampel asam nukleat. Bersama -sama, ini dapat memungkinkan setara dengan ‘buku Google’ untuk asam nukleat yang disimpan pada suhu kamar, baik untuk sampel klinis dalam pengaturan rumah sakit dan daerah terpencil di dunia, atau alternatif untuk memfasilasi data DNA.
“Freezer telah mendikte di mana sains bisa terjadi,” kata Banal. Hapus kendala itu, dan Anda mulai memecahkan kemungkinan terbuka: negara-negara pulau mempelajari genetika unik mereka tanpa sampel sekarat dalam perjalanan; setiap pasien penyakit langka di seluruh dunia berkontribusi pada penelitian, bukan hanya mereka yang dekat rumah sakit besar; 2 miliar orang tanpa listrik yang akhirnya bergabung dengan studi kesehatan global.
