新技术保护的真实性工程细胞系

合成生物学的发展和基因组编辑已导致越来越多的工业发展定制的细胞株用于医学研究。然而,这些工程细胞系可以容易误认,交叉污染和非法复制。

位于达拉斯的得克萨斯大学的一个研究小组已经开发了首开先河的方法来创建一个惟一的标识符为每个复制的细胞系允许用户鉴别其真伪,保护制造商的知识产权(IP)。工程师们演示了方法在线5月4日发表的一项研究中,在5月6日的印刷版科学的进步。

新技术是一个跨学科的合作的结果UT达拉斯教员。研究的共同通讯作者列奥尼达Bleris博士教授生物工程专门从事基因工程,和斯卡博士Makris教授电气和计算机工程专家在电子硬件安全。

定制细胞株用于开发疫苗和靶向治疗一系列的疾病。全球细胞培养市场预计将达到413亿美元,到2026年,从228亿年的2021美元增加,根据市场研究公司预测MarketsandMarkets。

UT达拉斯工程师的研究开发转基因细胞惟一标识符的灵感来源于所谓的身体unclonable函数(PUFs)电子行业。PUF是一种物理特性,可以作为一个独特的“指纹”半导体器件如微处理器。在半导体,PUFs是基于自然变化发生在生产过程中,必须满足三个要求:他们必须有一个独特的指纹,指纹产生相同的每次测量和几乎不可能复制。

将这一概念应用于基因工程细胞,研究人员开发了一个两步的过程,利用细胞修复受损DNA的能力,这是由小分子称为核苷酸序列。

首先,他们嵌入five-nucleotide条形码库为细胞的基因组的一部分,称为一个安全的港湾,在修改不会对细胞造成伤害。然而,独自条形码不满足PUFs的三个属性。在第二步中,研究人员利用基因编辑工具CRISPR削减的DNA条形码的距离。这一行动迫使细胞修复DNA使用随机核苷酸,这一过程被称为nonhomologous错误修复。在修复过程中,细胞自然将新的核苷酸插入DNA和/或删除其他集体,这些被称为indels(插入/删除)。这些随机修复,结合条形码,创造一个独特的核苷酸的模式可以帮助区分从其他细胞系。

“条形码的组合本质上随机细胞错误修复过程的结果在一个独特的和不能再现的指纹,“Bleris说,世卫组织还塞西尔·h·和艾达绿色系统生物学教授科学。

这第一代CRISPR-engineered PUFs提供了研究人员证实,细胞的方法是由一个给定的公司或实验室,这一过程被称为原产地认证。随着进一步的研究,工程师的目标是开发一种方法来跟踪一个特定的年龄细胞系的副本。

“企业发展中细胞系进行巨大的投资,“Bleris说。“我们需要一种方法来区分1000份相同的产品。即使产品是相同的,每个人都有一个唯一的标识符,它不能被复制。”

Makris说,业务发展基因工程细胞非常新,公司专注于盈利的投资而不是安全性和产地认证。他说,半导体行业起初以同样的方式直到伪造和篡改事件强调了安全措施的必要性。

“我们认为,这一次也许我们可以领先,有能力开发的行业意识到他们需要它的时候,”Makris说。“这将是太迟了,当他们意识到有人攻击货币化IP。”

其他作者的研究包括易博士,生物工程研究的科学家;穆罕默德马赫迪Bidmeshki博士18,Makris前博士后研究员的实验室;生物医学工程博士生和Taek康尤金·麦克德莫特毕业的;m·诺瓦克和机会,一个生物工程研究生。

参考:李Y, Bidmeshki MM,康T,诺瓦克厘米,Makris Y, Bleris l基因在人类细胞中物理unclonable功能。Sci副词。2022;8 (18):eabm4106。doi:10.1126 / sciadv.abm4106

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