Alat interaksikomik spasial memetakan interaksi protein untuk melawan kanker paru-paru

Saat Ahmet F. Coskun dan tim penelitinya melanjutkan misi mereka untuk membuat atlas 3D tubuh manusia, memetakan sel dan jaringan, mereka membuat penemuan yang dapat mengarah pada pengobatan yang lebih baik untuk jenis kanker paru-paru yang paling umum.

Ketika mereka melakukannya, mereka merintis bidang penelitian baru dan mungkin mengubah pekerjaan tersebut menjadi usaha bisnis baru.

Tahun lalu, Coskun dan timnya mempresentasikan studi baru di “metabolomik spasial sel tunggal”, yang mengeksplorasi distribusi molekul kecil (metabolit) dalam jaringan dan organ. Mereka sekarang mempelopori “interaksi spasial”, sebuah bidang penelitian yang berhubungan dengan interaksi antara berbagai biomolekul dalam sel individu.

Untuk mempelajari interaksi ini, mereka telah mengembangkan teknik atau alat inovatif untuk lebih memahami alasannya kanker paru-paru non-sel kecilatau NSCLC, menolak pengobatan pada banyak pasien. Mereka menyebutnya “uji ligasi kedekatan sekuensial cerdas” atau iseqPLA.

“Ini adalah tes cerdas yang dapat melihat protein dan bagaimana mereka berinteraksi satu sama lain di luar angkasa,” kata Coskun, Profesor Karir Awal Bernie Marcus di Departemen Teknik Biomedis Wallace H. Coulter di Georgia Tech dan Emory University.

“Pada dasarnya, kami adalah pihak pertama yang menciptakan bidang penelitian baru di luar angkasa interaksi protein-proteinyang dapat memberi tahu kita lebih banyak tentangnya jenis sel dan fungsinya,” kata Coskun. “Dengan interaksiomik spasial, kita dapat memvalidasi bagaimana sel secara fisik menyentuh, merasakan, dan mengatur sel di dekatnya melalui interaksi pasangan protein.”

Jadi tujuan langsung dari interaksiomik spasial adalah untuk menyelidiki bagaimana interaksi protein-protein terjadi resistensi obat di NSCLC. Dan iseqPLA memungkinkan peneliti untuk memvisualisasikan bagaimana segala sesuatu terjadi pada tingkat subselular. Tim Coskun baru-baru ini menggambarkan pekerjaan mereka di majalah Rekayasa Biomedis Alam. Ia juga membentuk perusahaan untuk mengkomersialkan teknologi tersebut.

Alat yang lebih cerdas

Obat yang disebut penghambat tirosin kinase (TKI, seperti Osimertinib) telah berhasil mengobati penderita NSCLC. Namun banyak pasien yang pada awalnya memberikan respons yang baik terhadap rejimen tersebut akhirnya mengalami resistensi. Interaksi antar protein, salah satu jenis gangguan molekuler, menjadi tersangka utama penyebab resistensi ini.

Protein berinteraksi satu sama lain sepanjang waktu, dan campuran ini mengontrol bagaimana sel tumbuh, membelah, atau bertahan hidup. Coskun dan timnya ingin melihat bagaimana interaksi ini berubah sebagai respons terhadap pengobatan kanker, dan iseqPLA menampilkannya, yang pada dasarnya menempelkan label bercahaya pada protein, menerangi lokasi dan interaksinya di bawah mikroskop.

“Anggap saja ini sebagai peta super detail yang menunjukkan bagaimana berbagai protein dalam sel terhubung,” kata Coskun.

IseqPLA dapat memeriksa 47 interaksi protein dalam satu sampel, sehingga menghemat banyak waktu (dan sumber daya) dibandingkan metode lama, yang menganalisis dua hingga tiga interaksi sekaligus.

Para peneliti juga membuat model komputer untuk menganalisis data spasial yang mereka kumpulkan dari iseqPLA, mengidentifikasi pola interaksi protein untuk membantu memprediksi apakah sel merespons pengobatan atau mengembangkan resistensi.

“Kami menunjukkan bahwa tes ini bekerja tidak hanya pada sel yang dikultur di laboratorium tetapi juga pada jaringan dari tikus dan manusia,” kata Coskun. “Ini benar-benar dapat membantu kami memahami bagaimana pasien merespons pengobatan tertentu.”

Membangun pasar omics spasial

Ke depan, Coskun bertujuan untuk meningkatkan iseqPLA untuk mempelajari interaksi antara RNA, protein dan metabolit, serta RNA, protein, metabolit, dll., dan dinamika subseluler lainnya. Ia juga berharap bisa menyerahkan teknologinya ke tangan peneliti lain.

“Kami yakin ini akan menjadi alat yang inovatif,” katanya.

Oleh karena itu, Coskun berencana membentuk perusahaan baru bernama SpatAllize. Dia bekerja dengan VentureLab, organisasi nirlaba Georgia Tech yang menawarkan program kewirausahaan bagi mahasiswa dan dosen.

“Kami sedang melakukan wawancara pelanggan dan menyusun strategi rencana yang layak menuju pasar,” katanya.

Ia juga berencana memperluas kegunaan iseqPLA ke bidang penelitian lain, dengan fokus pada caranya protein Interaksinya mempengaruhi sistem kekebalan tubuh, kesehatan jantung dan otak. Timnya juga mengembangkan robot interaksikomik spasial yang mengintegrasikan iseqPLA dengan pencitraan canggih dan pembelajaran mendalam otomatis.

“Ini akan memungkinkan kita memetakan semua molekul di dalam sel dan jaringan untuk lebih memahami interaksi obat-sel, khususnya dalam perencanaan pengobatan kanker,” kata Coskun.