V tomto rozhovoru diskutuje odborník na průmysl Lohit Khera o vyvíjející se roli mikroRNA ve výzkumu, diagnostice a přesnosti medicíny. Zdůrazňuje také nejnovější inovace extrakce a analýzy RNA a jak tyto pokročilé technologie řeší klíčové výzvy v malém výzkumu RNA.
Co zpočátku vyvolalo vědecký zájem o mikroRNA a jak se toto zaměření vyvinulo za poslední desetiletí?
Objev, že mikroRNA (miRNA) regulují genovou expresi post-transkripčně, byl posun paradigmatu a jejich role ve vývojové biologii a rakovině upoutala pozornost vědců po celém světě.
Během posledního desetiletí explodovalo pole s objevem biomarkerů ze vzorků kapalné biopsie, diagnostiky a dokonce i terapeutik, kde vědci navrhují mimik a inhibitory miRNA. Stává se translační vědou se silným průmyslem a klinickými vazbami.
Co dělá MicroRNA tak silným cílem v současném biologickém a biomedicínském výzkumu?
MicroRNA mají vzácný pákový efekt, protože působí jako molekulární přepínače, které jemno jemno celé genové sítě; Mohou nebo nemusí být specifické pro jednotlivé geny. Jsou také stabilní u biofluidů, což z nich činí ideální kandidáty pro neinvazivní diagnostiku ze vzorků kapalné biopsie. Jejich tkáňově specifické expresní vzorce poskytují specificitu a optimalizované extrakční soupravy miRNA přinášejí snadné použití a citlivost, což je přesně to, co vědci chtějí v jejich biomarkeru nebo terapeutických cílech.
Proč je schopnost izolovat všechny velikosti RNA – zejména mikroRNA – tak zásadní pro výzkumné pracovníky dnes?
Malé RNA jsou notoricky složité zachytit tradiční sady, které upřednostňují delší přepisy, ale jejich funkční význam je obrovský. Mnoho laboratoří by mohlo vynechat kritická data, protože jejich metody extrakce nejsou optimalizovány pro „skutečné“ celkové regenerace RNA. Ať už pro cílené profilování exprese mikroRNA nebo pro provádění sekvenování, potřebujete vysoce kvalitní mikroRNA ve vhodných koncentracích. To zajišťuje reprodukovatelnost a přesnost, zejména při práci s nízkými vstupy, jako jsou biofluidy nebo degradovanými vzorky, jako je tkáň FFPE.
Jakým největším výzvám čelí vědci při práci s malou RNA a jak se jedná o objevované technologie?
Nízká hojnost a kontaminující šum na pozadí jsou přetrvávající překážky. Malé RNA jsou často ztraceny během extrakce v důsledku nízké hojnosti a běžných extrakčních technologií trpících přirozeným zkreslením vůči velkým nukleovým kyselinám. Ačkoli lepší vazebné chemie a ultralehlé vstupní soupravy slibují lepší extrakci, musí záviset na použití velké nosné RNA nebo silné chemikálie, které se nakonec mohou dostat do konečné eluované RNA a narušit downstream aplikací. Karbid křemíku je revoluční pryskyřice, která dokáže zachytit malou RNA bez potřeby nosiče RNA nebo nežádoucí chemikálie.
Hluk na pozadí je dalším převládajícím problémem, který se více týká NGS založených na následných aplikacích. Tento šum na pozadí využívá klíčová činidla během malého sekvenování RNA a ovlivňuje čtení genomu a mapování miRNA. Norgen nedávno vydal soupravu Extraclean, která tento problém eliminuje, což výrazně zvyšuje výstup z malého sekvenování RNA.
Můžete sdílet příběh za založením společnosti Norgen Biotek Corp. a problém, který původně stanovil, aby vyřešil výzkum RNA?
Norská biotechnoda byl založen Dr. Yosefem Haj-Ahmadem, vědcem s posláním vyvinout a vyrábět revoluční čisticí soupravy nukleové kyseliny (NA), zejména ze složitých vzorků, jako je sérum nebo tkáň FFPE. Hlavním problémem byl výnos a integrita pro malé NAS, jako je exosomální RNA a DNA bez buněk (CFDNA). Chtěli jsme vyvinout platformu, která dodávala konzistentní, vysoce kvalitní malé RNA napříč všemi velikostmi fragmentu až do 20-25 nukleotidů dlouhých miRNA. Naše technologie na bázi křemíku se zrodila z této potřeby. Nyní ji používají vědci, kteří si nemohou dovolit ztratit signál kvůli částečnému zotavení.
Obrázek Credit: Norgen Biotek Corp.
Norgen vyvinul svou jedinečnou technologii na bázi křemíku pro izolaci RNA. Jak se tento přístup porovnává s tradičnějšími metodami na bázi oxidu křemičitého?
Karbid křemíku má širší vazebný profil než oxid křemičitý, zejména u nukleových kyselin s nízkou molekulovou hmotností. To znamená, že si můžeme udržet dlouhé a malé RNA a RNA s nízkým a vysokým obsahem GC s vysokou účinností. Tradiční sloupce oxidu křemičitého mají tendenci upřednostňovat delší a s vysokým obsahem GC a mohou nedostatečně zastoupit mikroRNA nebo roztříštěné RNA. Náš přístup nabízí lepší konzistenci, zejména pro vzorky složitých nebo nízkých vstupů.
Obrázek Credit: Norgen Biotek Corp.
Jaké jsou některé z nejslibnějších aplikací mikroRNA v polích, jako je onkologie, zemědělství nebo diagnostika?
V onkologii cirkulující mikroRNA transformují to, jak detekujeme a monitorujeme rakoviny. Nabízejí snímky nádorové zátěže a reakce na léčbu v reálném čase.
V zemědělství se zkoumají mikroRNA rostlin, aby se zlepšila odolnost plodin a odolnost proti chorobám. Diagnostické aplikace, jako jsou mikroRNA s slinami pro rakoviny ústní dutiny nebo močové mikroRNA pro onemocnění ledvin, se také rozvíjejí.
Jak se MicroRNA používá k řízení inovací v neinvazivní nebo minimálně invazivní diagnostice?
MikroRNA jsou ideální pro kapalné biopsie – mohou být izolovány z plazmy (krve), moči a slin a jejich expresní vzorce se mění se stavem onemocnění. Díky tomu jsou ideální pro včasnou detekci a monitorování bez potřeby tkáňových biopsií. Vidíme diagnostické panely, které se objevují pro rakoviny, kardiovaskulární stavy a dokonce i neurodegenerativní onemocnění. Některé společnosti dokonce kombinují profily mikroRNA se strojovým učením, aby se zvýšila prediktivní síla. Je to skok k dostupné, neinvazivní diagnostice, kterou lze použít při rutinním screeningu.
Jak roste poptávka na přesnost medicíny, jak vidíte, že RNA – zejména malá RNA – vakuje budoucnost personalizovaného léčby?
Malé RNA se stávají molekulárními otisky prstů onemocnění. Díky jejich schopnosti odrážet dynamické fyziologické stavy jsou neuvěřitelně užitečné pro přizpůsobení. Například podpisy mikroRNA mohou pomáhat stratifikovat pacienty a předpovídat terapeutickou odpověď u rakoviny. Když integrujeme multi-omiky do precizní medicíny, profilování mikroRNA nabízí doplňkovou vrstvu, která přemostí expresi genu s klinickým fenotypem. Myslím, že v blízké budoucnosti uvidíme stále více začlenění terapeutických rozhodnutí informovaných o mikroRNA.
Poslední dvě Nobelovy ceny ve fyziologii mají reflektované objevy založené na RNA-co to říká o budoucnosti této oblasti?
Zdůrazňuje ústřední roli RNA v biologii a medicíně. Od identifikace miRNA před mnoha lety až po nedávný dopad modifikované mRNA pro vakcínu proti Covid-19, Nobelovy vítězství odrážejí desetiletí základní práce, která konečně nesou ovoce. Tato ověření pomáhá zvyšovat financování, inovace a veřejný zájem. RNA již není jen posel, je to nástroj, terapeutická a diagnostická molekula. Budoucnost biomedicíny bude mít ve středu RNA.
Jak si představíte roli automatizace a AI v budoucnosti extrakce a analýzy RNA?
Automatizace je klíčem k konzistenci, zejména proto, že laboratoře zvyšují testování nebo provozování v regulovaných prostředích. Vidíme větší poptávku po předběžných sadách připravených na automatizaci a škálovatelné protokoly pro různé objemy vzorků kapalné biopsie. Mezitím AI transformuje interpretaci dat z diagnostiky založené na mikroRNA, kde mohou být expresní vzorce jemné. Algoritmy strojového učení mohou detekovat klinicky relevantní vzorce zahrnující mnoho různých miRNA, které lze snadno ujít tradičními metodami. Společně automatizace a AI urychlují objev při minimalizaci lidské chyby, díky čemuž jsou pracovní postupy RNA efektivnější a reprodukovanější.
O Dr. Lohit Khera 
Dr. Khera je vedoucím vědeckého prodeje v Norgen Biotek. S více než 10 lety zkušeností v oblasti výzkumu rakoviny a molekulární biologií z prestižních institucí, jako je Weizmann Institute of Science a LSU Health Science Center, se Dr. Khera věnuje rozvoji globálního výzkumu a diagnostiky rakoviny prostřednictvím špičkových technologií.
