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通过化学工程产生影响 Hadley Sikes设计了易于使用的诊断设备,可以使世界各地的患者受益
2020-05-205594

通过化学工程产生影响 Hadley Sikes设计了易于使用的诊断设备,可以使世界各地的患者受益.jpg

作为化学工程师,Hadley Sikes喜欢研究复杂的系统,例如化学反应网络。但是在设计用于诊断和其他应用的实用设备的工作中,她拥护简单性。

赛克斯(Sikes)是副教授,最近在麻省理工学院的化学工程系任职,她在实验室的大部分工作致力于为疟疾,结核病和癌症等疾病设计廉价,高度敏感的检测方法。她说,使这些测试易于使用是成功的关键。

她说:“在我们要广泛传播的产品中,我们的想法是,如果事情尽可能简单,那么可能会为它们提供更广泛使用的更好机会。”

最近几个月,她将注意力转移到为Covid-19 开发诊断测试上。与正在寻找病毒遗传物质(RNA)的大多数诊断程序不同,她正在进行的测试可以检测病毒蛋白,并且无需特殊仪器即可快速产生结果。

她在实验室中开发的测试虽然外观和使用都很简单,但它是基于对反应复杂机制的详细了解,例如原子之间电子的转移(称为氧化还原反应)以及不同原子之间精确的分子相互作用。蛋白质。

“在化学工程中,我们经常教给学生有关化学反应堆或发动机中发生的反应的信息,但是您可以使用相同的方法来研究细胞内部正在发生的反应,” Sikes说。

基础化学

锡克斯从小学开始就对科学感兴趣,她以中学生的身份开始参加在阿拉巴马州莫比尔的科学博览会。在一个项目中,她对海胆胚胎进行了咖啡因毒理学研究,以期说服父亲南阿拉巴马大学的生物学教授减少咖啡的消耗。(她的发现没有达到预期的效果。)

在杜兰大学(Tulane University),西克斯(Sikes)主修化学,她在实验室工作,研究相变-诸如固体到液体等物质状态之间的转换。她进入斯坦福大学读研究生,在那里获得了物理化学博士学位。在她的论文中,她研究了氧化还原化学的一个特定方面:可用于将电子尽快从电极表面转移到溶解在电极周围溶液中的氧化剂的有机材料的特性。

在对基本化学现象进行了这些研究之后,Sikes决定要尝试将自己的知识应用于现实世界中的问题。“如果我们能够具有这种高水平的基本理解,并且能够设计实验并揭示分子机制,那么我可以瞄准什么样的社会利益?” 她说。

作为科罗拉多大学化学工程实验室的一名博士后,她决定尝试开发可检测蛋白质与其他分子之间相互作用的生物传感器。她意识到要使这项工作取得成功,就需要学习更多有关工程蛋白的知识,因此她在加州理工学院度过了两年的学习,他在弗朗西斯·阿诺德(Frances Arnold)的实验室中工作,弗朗西斯·阿诺德(诺曼奖)就是利用定向进化来改造酶。

在申请教师职位时,Sikes被MIT(特别是化学工程系)吸引,因为其专注于做对社会有价值的科学。

她说:“该部门对我所做的同样的事情感到很兴奋:利用科学技术对世界产生影响的想法。” “因为那是我真正关心的,所以我喜欢那不仅仅是您发表论文后可以自己做的事情,而这就是这里的全部目的。”

简单的传感器

Sikes的实验室现在将其工作划分为两个主要项目:发展中国家常见的传染病诊断传感器,以及可用于帮助癌症医生预测针对单个患者肿瘤的最佳治疗方法的传感器。

在传染病领域,Sikes和她的同事正在进行纸质测试,这些纸质测试可用于从一个患者样本中检测多达五种不同的疾病,这些疾病可能是血液,尿液或唾液。目标是使测试易于阅读且价格便宜-每次测试不到一美元。他们已经确定了疟疾,结核病,登革热病毒和寨卡病毒的标记,并且正在努力开发非常小的抗体蛋白以与这些标记相互作用。蛋白质越小,它们可以放在试纸上的浓度就越高,这使其可以在短短几分钟内产生结果。

作为新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟,特别是抗菌素耐药性跨学科研究小组的一部分,许多工作正在进行中。

在癌症方面,Sikes利用她在氧化还原化学领域的专业知识来研究氧化应激在癌症中的作用。一些肿瘤表现出这种应激的高水平,这是由于代谢改变导致的,导致过氧化氢(一种氧化剂)的水平升高。西克斯说,这有点令人惊讶,因为肿瘤可以从人体的血液供应中被切除,并且几乎没有氧气。

赛克斯说:“如果不是在富氧环境中,所有这些氧化剂是从哪里来的,这就是一个谜。” “还有一种想法认为氧化应激可以通过诱导癌细胞死亡的疗法来靶向。”

但是,也有证据表明,使用针对氧化应激的药物治疗后,某些肿瘤会变得更具侵略性,因此,Sikes现在正在努力开发方法,以预测来自不同患者的肿瘤细胞对此类药物的反应。这些研究基于对蛋白质中硫位点(它们是氧化剂的常见靶标)及其在细胞内的位置的不同氧化态的精确测量。研究人员将该数据与细胞对多种不同药物治疗的反应相关联,希望他们能够鉴定出揭示特定肿瘤细胞是否易受影响细胞氧化状态的药物的标记。

“我们希望发现肿瘤活检中要测量的内容,以了解该肿瘤是否容易受到氧化还原药物的影响,我们的反应网络分析告诉我们要寻找什么,” Sikes说。“理解这类复杂的化学反应网络是化学工程的核心。”


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