Dans cette interview, l'expert de l'industrie, le Dr Lohit Khera, discute de l'évolution du rôle du microARN dans la recherche, le diagnostic et la médecine de précision. Il met également en évidence les dernières innovations d'extraction et d'analyse d'ARN et comment ces technologies avancées relèvent des défis clés dans la recherche sur les petits ARN.
Sommaire
Qu'est-ce qui a initialement suscité l'intérêt scientifique pour les microARN, et comment cette focalisation a-t-elle évolué au cours de la dernière décennie?
La découverte que les microARN (miARN) régulent l'expression des gènes post-transcriptionnellement était un changement de paradigme, et leur rôle dans la biologie du développement et le cancer a attiré l'attention des chercheurs à l'échelle mondiale.
Au cours de la dernière décennie, le domaine a explosé avec la découverte de biomarqueurs à partir d'échantillons de biopsie liquide, de diagnostics et même de thérapies, où les chercheurs conçoivent des mimiques et des inhibiteurs miARN. Il devient une science translationnelle, avec une forte industrie et des liens cliniques.
Qu'est-ce qui fait du microARN une cible si puissante dans la recherche biologique et biomédicale actuelle?
Les microARN ont un effet de levier rare car ils agissent comme des commutateurs moléculaires qui affinent les réseaux de gènes entiers; Ils peuvent ou non être spécifiques aux gènes uniques. Ils sont également stables dans les biofluides, ce qui en fait des candidats idéaux pour des diagnostics non invasifs à partir d'échantillons de biopsie liquide. Leurs modèles d'expression spécifiques aux tissus et aux maladies fournissent une spécificité, et des kits d'extraction de miARN optimisés apportent une facilité d'utilisation et une sensibilité, ce que les chercheurs veulent précisément dans leur biomarqueur ou leurs cibles thérapeutiques.
Pourquoi la capacité d'isoler toutes les tailles d'ARN – en particulier le microARN – si vital pour les chercheurs aujourd'hui?
Les petits ARN sont notoirement difficiles à capturer avec des kits traditionnels qui favorisent des transcriptions plus longues, mais leur importance fonctionnelle est énorme. De nombreux laboratoires pourraient manquer des données critiques car leurs méthodes d'extraction ne sont pas optimisées pour la «réalité réelle» totale de l'ARN. Que ce soit pour le profilage d'expression des microARN ciblés ou l'exécution de séquençage, vous avez besoin d'un microARN de haute qualité dans des concentrations appropriées. Cela garantit la reproductibilité et la précision, en particulier lorsque vous travaillez avec une faible entrée comme des biofluides ou des échantillons dégradés comme le tissu FFPE.
Quels sont les plus grands défis auxquels les chercheurs sont confrontés lorsqu'ils travaillent avec un petit ARN, et comment sont-ils traités par les technologies émergentes?
La faible abondance et le bruit de fond contaminant sont des obstacles persistants. Les petits ARN sont souvent perdus pendant l'extraction en raison d'une faible abondance et des technologies d'extraction courantes souffrant d'un biais inhérent aux grands acides nucléiques. Bien que des chimies de liaison meilleure et des kits d'entrée ultra-low promettent une meilleure extraction, ils doivent dépendre de l'utilisation de l'ARN porte-porte-parcours ou des produits chimiques puissants qui peuvent éventuellement faire leur chemin dans l'ARN élué final et interférer avec les applications en aval. Le carbure de silicium est une résine révolutionnaire qui peut capturer un petit ARN sans avoir besoin d'ARN porteur ou de produits chimiques indésirables.
Le bruit de fond est un autre problème répandu qui est plus préoccupant pour les applications en aval basées sur NGS. Ce bruit de fond utilise des réactifs cruciaux lors du séquençage de petits ARN et a un impact sur les lectures de la mappage du génome et la cartographie des miARN. Norgen a récemment publié le kit extraclean, qui élimine ce problème, améliorant considérablement la sortie du small ARN le séquençage.
Pouvez-vous partager l'histoire derrière la fondation de Norgen Biotek Corp. et le problème qu'il a initialement décidé de résoudre dans la recherche sur l'ARN?
Norgen Biotek a été fondée par le Dr Yosef Haj-Ahmad, un scientifique ayant une mission pour développer et fabriquer des kits de purification révolutionnaires d'acide nucléique (NA), en particulier à partir d'échantillons complexes comme le sérum ou le tissu FFPE. Le problème central était le rendement et l'intégrité des petits NAS comme l'ARN exosomal et l'ADN sans cellule (CFDNA). Nous voulions développer une plate-forme qui a livré des ARN cohérents et de haute qualité dans toutes les tailles de fragments jusqu'à des miARN de 20-25 nucléotides. Notre technologie à base de carbure de silicium est née de ce besoin. Il est maintenant utilisé par des chercheurs qui ne peuvent pas se permettre de perdre un signal en raison de la récupération partielle.
Crédit d'image: Norgen Biotek Corp.
Norgen a développé sa technologie unique à base de carbure de silicium pour l'isolement de l'ARN. Comment cette approche se compare-t-elle aux méthodes plus traditionnelles à base de silice?
Le carbure de silicium a un profil de liaison plus large que la silice, en particulier pour les acides nucléiques de faible poids moléculaire. Cela signifie que nous pouvons conserver des ARN longs et petits et de l'ARN avec une teneur en GC faible et élevée avec une efficacité élevée. Les colonnes de silice traditionnelles ont tendance à favoriser les transcrits plus longs et élevés en GC et peuvent sous-représenter des microARN ou des ARN fragmentés. Notre approche offre une meilleure cohérence, en particulier pour les échantillons complexes ou à faible entrée.
Crédit d'image: Norgen Biotek Corp.
Quelles sont certaines des applications les plus prometteuses du microARN dans des domaines comme l'oncologie, l'agriculture ou le diagnostic?
En oncologie, les microARN circulants transforment la façon dont nous détectons et surveillons les cancers. Ils offrent des instantanés en temps réel de charge tumorale et de réponse au traitement.
Dans l'agriculture, les microARN végétaux sont explorés pour améliorer la résilience des cultures et la résistance aux maladies. Les applications de diagnostic comme les microARN salivaires pour les cancers oraux ou les microARN urinaires pour les maladies rénales sont également en plein essor.
Comment le microARN est-il utilisé pour stimuler l'innovation dans des diagnostics non invasifs ou mini-invasifs?
Les microARN sont idéaux pour les biopsies liquides – ils peuvent être isolés du plasma (sang), de l'urine et de la salive, et leurs modèles d'expression changent avec l'état pathologique. Cela les rend parfaits pour la détection et la surveillance précoces sans avoir besoin de biopsies tissulaires. Nous voyons des panneaux de diagnostic émerger pour les cancers, les conditions cardiovasculaires et même les maladies neurodégénératives. Certaines entreprises combinent même les profils de microARN avec l'apprentissage automatique pour améliorer le pouvoir prédictif. C'est un saut vers des diagnostics accessibles et non invasifs qui peuvent être utilisés dans le dépistage de routine.
À mesure que la demande augmente pour la médecine de précision, comment voyez-vous l'ARN – en particulier l'ARN petit – en train de faire l'avenir du traitement personnalisé?
Les petits ARN deviennent les empreintes digitales moléculaires de la maladie. Leur capacité à refléter les états physiologiques dynamiques les rend incroyablement utiles pour la couture des traitements. Par exemple, les signatures de microARN peuvent aider à stratifier les patients et à prédire la réponse thérapeutique dans le cancer. Alors que nous intégrons la multi-omiques dans la médecine de précision, le profilage des microARN offre une couche complémentaire qui pante l'expression des gènes avec un phénotype clinique. Je pense que dans un avenir proche, nous verrons de plus en plus d'inclusion des décisions thérapeutiques axées sur les microARN.
Les deux derniers prix Nobel en physiologie ont mis en lumière les découvertes basées sur l'ARN – qu'est-ce que cela dit à propos de l'avenir de ce domaine?
Il souligne le rôle central de l'ARN dans la biologie et la médecine. De l'identification de miARN il y a de nombreuses années à l'impact récent de l'ARNm modifié pour le vaccin Covid-19, les victoires du prix Nobel reflètent des décennies de travail fondamental portant enfin des fruits. Cette validation contribue à augmenter le financement, l'innovation et l'intérêt public. L'ARN n'est plus seulement un messager, c'est un outil, une molécule thérapeutique et diagnostique. L'avenir de la biomédecine aura de l'ARN au centre.
Comment envisagez-vous le rôle de l'automatisation et de l'IA dans l'avenir de l'extraction et de l'analyse de l'ARN?
L'automatisation est la clé de la cohérence, d'autant plus que les laboratoires augmentent les tests ou fonctionnent dans des environnements réglementés. Nous constatons plus de demande de kits pré-remplis et prêts pour l'automatisation et de protocoles évolutifs pour différents volumes d'échantillons de biopsie liquide. Pendant ce temps, l'IA transforme l'interprétation des données à partir de diagnostics basés sur les microARN, où les modèles d'expression peuvent être subtils. Les algorithmes d'apprentissage automatique peuvent détecter des modèles cliniquement pertinents impliquant de nombreux miARN différents qui sont faciles à manquer avec les méthodes traditionnelles. Ensemble, l'automatisation et l'IA accélèrent la découverte tout en minimisant l'erreur humaine, ce qui rend les flux de travail de l'ARN plus efficaces et reproductibles.
À propos du Dr Lohit Khera 
Le Dr Khera est le chef des ventes scientifiques de Norgen Biotek. Avec plus de 10 ans d'expérience dans la recherche sur le cancer et la biologie moléculaire à partir d'institutions prestigieuses comme le Weizmann Institute of Science et le LSU Health Science Center, le Dr Khera se consacre à faire progresser la recherche mondiale sur le cancer et le diagnostic par le biais de technologies de pointe.
