Tartrazintranslucens – Hur detta vanligt använda livsmedelsfärgämne kan driva framsteg inom sjukvården

Bättre vy för vetenskapliga insikter

Medicinsk forskning är starkt beroende av studier på djurmodeller, och våra framsteg inom medicin har djupt påverkats av bättre analytiska metoder, inklusive alla komponenter av multiomics: genomik, transkriptomik, proteomik, metabolomik, etc.

Men ibland är mycket mindre avancerade observationer de mest användbara. Till exempel organrörelser, venernas storlek, etc. Detta är knepigare än det låter, eftersom det varken är praktiskt eller möjligt med en rimlig budget att använda avancerade avbildningstekniker som skannrar och MR på tusentals möss per månad.

Idealiskt skulle forskare vilja kunna titta direkt in i kroppen och organen hos testdjuren, till lägsta möjliga kostnad.

Detta kan snart bli verklighet, tack vare arbetet av inte mindre än 21 forskare vid Stanford University. De upptäckte att en vanlig färgmolekyl som används som livsmedelsfärg i princip kan göra mössens kropp “transparent” för analys, och publicerade sina resultat i den prestigefyllda tidskriften Science, under titeln “Achieving optical transparency in live animals with absorbing molecules”.

Hur man ser igenom kroppar

Forskningen började med att observera begränsningarna i många djupvävnadsoptiska avbildningsmetoder, inklusive tvåfotonmikroskopi, nära-infraröd-II fluorescensavbildning och optisk vävnadsrensning.

Alla ger viss insikt, men saknar antingen tillräcklig penetrationsdjup och upplösning eller är olämpliga för levande djur. Så god intern visualisering av levande djur är fortfarande ett starkt otillfredsställt behov bland biologer och medicinska forskare.

Forskarna teoretiserade utifrån ett fysiskt princip kallad Lorentz oscillator-modellen. Utan att gå in på djup detalj om den underliggande fysiken, är det en princip som bestämmer hur atomer reagerar på elektromagnetiska vågor (vilka inkluderar synligt och osynligt ljus).

Utifrån denna grundläggande princip drar forskarna slutsatsen att specifika molekyler, när de löses i vatten, skulle öka brytningsindexen för vattenbaserade lösningar.

I sin tur skulle detta göra att vatten och lipider har nästan samma brytningsindex, vilket gör hela kroppen lika transparent för vissa ljusfrekvenser.

Källa: Science

“Vi förutsåg att färgmolekyler med skarpa absorptionsresonanser i det nära ultravioletta spektrum (300 till 400 nm) och den blå delen av det synliga spektrumet (400 till 500 nm) är effektiva för att höja den reella delen av brytningsindexen i det vattenbaserade mediet vid längre våglängder när de är lösta i vatten.

Som ett resultat kan vattenlösliga färger effektivt minska RI-kontrasten mellan vatten och lipider, vilket leder till optisk transparens i levande biologiska vävnader.”

Hitta Tartrazin

Utifrån den teoretiska insikten fortsatte de att leta efter en verklig färgmolekyl som skulle matcha de erforderliga egenskaperna. De fann att tartrazin, en vanlig livsmedelsfärg godkänd av den amerikanska livsmedels- och läkemedelsmyndigheten (FDA).

De upptäckte att tartrazin hade effekten att reversibelt göra hud, muskel och bindväv transparent i levande gnagare. Vid testning på vävnadssimulerande spridande hydrogeler och ex vivo (provtagna/utvunna) biologiska vävnader fann de också att bildupplösningen kunde skalas ner till mikrometernivå.

Källa: Science

“Transparent” möss

I praktiken innebar det att under rätt ljusförhållanden kunde forskarna observera de djupare vävnaderna, se igenom huden och ytvävnaderna hos mössen.

Källa: Science

Genom att använda absorberande färgmolekyler kan vi omvandla den vanligtvis ogenomskinliga buken hos en levande mus till ett transparent medium. Detta “transparenta buken” möjliggör direkt visualisering av fluorescerande protein‑märkt enteriska neuroner, och fångar deras rörelser som speglar den underliggande tarmmotiliteten i levande möss.

Detta kan användas för andra delar av musens kropp än buken, till exempel “huvudskalet på en mus för att visualisera cerebrala blodkärl och musens bakben för högupplöst mikroskopisk avbildning av muskel-sarkomerer”.

Detta antyder också att andra liknande ämnen kan upptäckas och tas i bruk, kanske med ännu större effektivitet och lägre kostnad samt enklare användning.

Investera i biologisk avbildning

Sedan början av modern medicin har vetenskapliga framsteg drivits av förbättringar i observationsverktyg, från det första mikroskopet till dagens genomsekvenserare.

Detta gäller fortfarande idag, med många nya tekniker som dyker upp, från de här diskuterade “transparenta” mössen till avancerade 3D-visualiseringar av levande vävnader.

Om du inte är intresserad av att välja biotek- eller medicinska avbildningsbolag, kan du också titta på ETF:er som Global X Aging Population ETF (AGNG), ARK Genomic Revolution ETF (ARKG), eller Vanguard Health Care ETF (VHT) som ger en mer diversifierad exponering för att dra nytta av den växande livslängds- och biotekindustri.

Eller så kan du läsa vår artikel om “5 bästa företag för genomsekvensering”.

Medicinska avbildnings- & datatjänsteföretag

1. Illumina, Inc.

Illumina är det ledande genomikföretaget, vida det största och mest etablerade i branschen, med 1,2 miljarder dollar i intäkter, vilket har vuxit med 11 % CAGR de senaste fem åren.

Källa: Illumina

Som de flesta genomsekvenseringsföretag tjänar Illumina pengar på att sälja sekvenseringsmaskiner, men främst på att sälja förbrukningsmaterial som används av maskinerna, med intäkter per maskin som vanligtvis ökar över tid när den utnyttjas till full kapacitet.

Företagets nya genomsekvenseringsmodell, NovaSeqX, är en succé, med totalt 390 leveranser under 2023. Detta har påskyndat antagandet av massgenomsekvensering bland Illuminas kunder med fler multi‑omics‑analyser (blandning av flera “‑omics”‑tekniker) och större skala för singelcell- och spatiala analyser.

När man diskuterar Illumina krävs en lång förklaring av en ny genomikapplikation, cancerdetektion i ett blodprov kallad liquid biopsy. Illumina arbetade med denna teknik och spinnade sedan av den till ett företag som heter Grail.

Grail är mycket framgångsrikt både tekniskt och kommersiellt, med 7 500 leverantörer som förskriver Grails tester och har passerat milstolpen 100 000 utförda tester. Det har också upptäckt 92 % av canceråterfall över 6 olika blodcancerformer.

Flera år senare skulle Illumina återförvärva detta företag till ett mycket högre pris.

Detta orsakade flera problem. Först uttryckte regulatoriska myndigheter i både USA och EU oro över monopolrisk, med Illumina som leverantör av genomsekvenseringsmaskiner till många av Grails konkurrenter.

Det resulterade i ett bötesbelopp på 432 M € från EU. Om detta beslut som förbjuder förvärvet inte löses, “Illumina kommer att avyttra Grail inom ett år om de inte vinner sin utmaning i EU-domstolen.”

Källa: Illumina

En annan uppsättning problem kom från villkoren för den kostsamma Grail‑avknoppningen, kapitalanskaffning och återabsorptionen i Illumina.

Aktivistinvesteraren Carl Icahn har attackerat företagets styrelse och antydde att potentiellt oärliga eller illvilliga affärer gjorts till förmån för insiders mot företagets aktieägares intressen. SEC undersöker också frågan.

Hittills har VD:n bytts, en annan styrelsemedlem har lämnat, 4 nya styrelsemedlemmar har installerats, och Illumina har publicerat en “Stewardship-Focused Update.” Du kan också läsa mer om dessa misstankar och anklagelser i denna serie artiklar av Non-GAAP investing.

Företagets aktie har fallit kraftigt från topparna i juli 2021 med nästan 80 %, tillbaka till nivåerna från 2013.

Detta var en ganska chockerande situation för ett stort och etablerat företag som Illumina, oavsett hur sanna dessa anklagelser är, eftersom det ger en dålig bild av dess lednings beslut att avyttra Grail från början. Åtminstone har detta visat sig vara ett kostsamt misstag.

Investerare kommer vilja bedöma om de är redo att följa med Carl Icahn, en legendarisk och kontroversiell aktivistinvesterare med en imponerande meritlista.

Och om den dåliga styrningen under de senaste åren nu är fullt prissatt, och kanske har skadat företagets värdering oproportionerligt jämfört med dess mycket starka affärsledarskap inom genetisk sekvensering.

2. 10x Genomics, Inc.

10x Genomics (TXG ) är en ledare inom spatial biologi, som studerar genom och transkriptom i 3D, vilket möjliggör visualisering av geners aktivitet på cellulär eller till och med intracellulär nivå.

Företaget grundades 2012, med Serge Saxonov bland grundarna, som är chef för FoU på det personliga genomtestningsföretaget 23andMe.

10x Genomics växte med en blandning av FoU (över 1 miljard dollar investerat i FoU hittills) och förvärv. Noterbart är att deras Visium‑plattform erhölls genom förvärvet av Spatial Transcriptomics 2018.

Källa: 10x Genomics – 10x Genomics acquisitions timeline

Det är också så 10x Genomics förvärvade sin Xenium-plattform genom att förvärva Readcoor och Cartana 2020.

År 2020 lanserade de även Chromium-plattformen, som uppdaterades året därpå till Chromium X.

Genom förvärvet av Tetramer Shop 2021 lanserade 10x Genomics även BEAM (Barcode Enabled Antigen Mapping) 2022. Det gör det möjligt för forskare att identifiera komponenter i immunsystemet i detalj. Detta kan ha stor inverkan på forskning om immunitet och nya sjukdomar.

Intäkterna växte med 17 % år‑till‑år under Q2 2023, drivet av Xenium-försäljning, med milstolpen 100 sålda enheter passerad i augusti 2023.

Företaget vann i september 2023 en kritisk seger mot sin huvudkonkurrent, Nanostring. Nanostring är för närvarande förbjudet att sälja sina CosMx Spatial Molecular Imager (SMI)-instrument i större delen av EU för att ha brutit mot 10x Genomics patent.

Företaget är fortfarande i ett tidigt skede, något likt Illuminas tidiga dagar. För närvarande är spatial biologi begränsad till den akademiska och grundläggande forskningsvärlden. Men som många bioteknologier kan den en dag bli utbredd, långsamt bli ett medicinskt verktyg och sedan ett “rutin”test. I vilket fall som helst bör den växande poolen av installerade maskiner driva försäljning av förbrukningsmaterial och intäktstillväxt.