Nanobiotechnology, the interdisciplinary area at the crossroad of biotechnology and nanoscience, combines contributions from molecular and cell biology, chemisty, material science, and physics in an attempt to understand the behavior of nanobiomaterials, their development and applications. At present, nanobiotechnology is believed to hold great promise for improving health and prolonging life, faciliating biomarker discovery, molecular diagnostics, discovery of novel drugs and drug delivery, which are important basic components of biomedical science. In the recent trend of nanobiotechnology, this review is intended to provide a better understanding of nanobiotechnology in its applications and perspectives, separating this integration technology into three parts such as nanobiochip/sensor, nanobiomaterials, and nanobioanalysis in order to hopefully gain insights into why size matters, how nano-materials and -devices can be engineered.
The establishment of DNA microarray technology has enabled high-throughput analysis and molecular profiling of various types of cancers. By using the gene expression data from microarray analysis we are able to investigate diagnostic applications at the molecular level. The most important step in the application of microarray technology to cancer diagnostics is the selection of specific markers from gene expression profiles. In order to select markers of Immortalization and transformation we used c-myc and $H-ras^{V12}$ oncogene-transfected NIH3T3 cells as our model system. We have identified 8751 differentially expressed genes in the immortalization/transformation model by multivariate permutation F-test (95% confidence, FDR<0.01). Using the support vector machine algorithm, we selected 13 discriminative genes which could be used to predict immortalization and transformation with perfect accuracy. We assayed $H-ras^{V12}$-transfected 'transformed' cells to validate our immortalization/transformation dassification system. The selected molecular markers generated valuable additional information for tumor diagnosis, prognosis and therapy development.
Proceedings of the Korean Institute of Intelligent Systems Conference
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2004.04a
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pp.97-100
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2004
The identification of the DNA structure as a double-stranded helix consting of two nucleotide chain molecules was a milestone in modern molecular biology. The DNA chip technology is based on reverse hybridization that follows the principle of complementary binding of double-stranded DNA. DNA chip can be described as the deposition of defined nucleic acid sequences, probes, on a solid substrate to form a regular array of elements that are available for hybridization to complementary nucleic acids, targets. DNA chips based on cDNA clons, oligonucleotides and genomic clons have been developed for gene expression studies, genetic variation analysis and genomic changes associated with disease including cancers and genetic diseases. DNA chips for gene expression profiling can be used for functional analysis in human eel Is and animal models, disease-related gene studies, assessment of gene therapy, assessment of genetically modified food, and research for drug discovery. DNA chips for genetic variation detection can be used for the detection of mutations or chromosomal abnormalities in cnacers, drug resistances in cancer cells or pathogenic microbes, histocompatibility analysis for transplantation, individual identification for forensic medicine, and detection and discrimination of pathogenic microbes. The DNA chip will be generalized as a useful tool in clinical diagnostics in near future. Lab-on-a chip and informatics will facilitate the development of a variety of DNA chips for diagnostic purpose.
Chiao-Hsu Ke;Mao-Yuan Du;Wang-Ju Hsieh;Chiu-Chiao Lin;James Mingjuh Ting;Ming-Tang Chiou;Chao-Nan Lin
Journal of Veterinary Science
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v.25
no.2
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pp.28.1-28.11
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2024
Background: Porcine circovirus type 2 (PCV2) infection is ubiquitous around the world. Diagnosis of the porcine circovirus-associated disease requires clinic-pathological elements together with the quantification of viral loads. Furthermore, given pig farms in regions lacking access to sufficient laboratory equipment, developing diagnostic devices with high accuracy, accessibility, and affordability is a necessity. Objectives: This study aims to investigate two newly developed diagnostic tools that may satisfy these criteria. Methods: We collected 250 specimens, including 170 PCV2-positive and 80 PCV2-negative samples. The standard diagnosis and cycle threshold (Ct) values were determined by quantitative polymerase chain reaction (qPCR). Then, two point-of-care (POC) diagnostic platforms, convective polymerase chain reaction (cPCR, qualitative assay: positive or negative results are shown) and EZtargex (quantitative assay: Ct values are shown), were examined and analyzed. Results: The sensitivity and specificity of cPCR were 88.23% and 100%, respectively; the sensitivity and specificity of EZtargex were 87.65% and 100%, respectively. These assays also showed excellent concordance compared with the qPCR assay (κ = 0.828 for cPCR and κ = 0.820 for EZtargex). The statistical analysis showed a great diagnostic power of the EZtargex assay to discriminate between samples with different levels of positivity. Conclusions: The two point-of-care diagnostic platforms are accurate, rapid, convenient and require little training for PCV2 diagnosis. These POC platforms can discriminate viral loads to predict the clinical status of the animals. The current study provided evidence that these diagnostics were applicable with high sensitivity and specificity in the diagnosis of PCV2 infection in the field.
Developments in next-generation sequencing (NGS) techogies have assisted in clarifying the diagnosis and treatment of developmental delay/intellectual disability (DD/ID) via molecular genetic testing. Advances in DNA sequencing technology have not only allowed the evolution of targeted panels but also, and more currently enabled genome-wide analyses to progress from research era to clinical practice. Broad acceptance of accuracy-guided targeted gene panel, whole-exome sequencing (WES), and whole-genome sequencing (WGS) for DD/ID need prospective analyses of the increasing cost-effectiveness versus conventional genetic testing. Choosing the appropriate sequencing method requires individual planning. Data are required to guide best-practice recommendations for genomic testing, regarding various clinical phenotypes in an etiologic approach. Targeted panel testing may be recommended as a firsttier testing approach for children with DD/ID. Family-based trio testing by WES/WGS can be used as a second test for DD/ID in undiagnosed children who previously tested negative on a targeted panel. The role of NGS in molecular diagnostics, treatment, prediction of prognosis will continue to increase further in the coming years. Given the rapid pace of changes in the past 10 years, all medical providers should be aware of the changes in the transformative genetics field.
Nucleic acids are virtually omnipresent; they exist in every living being. These macromolecules constitute the most important genetic storage material: the genes. Genes are conserved throughout the evolution of all living beings; they are transmitted from the parents to their offspring. Many interdisciplinary research groups are interested in modifying nucleic acids for use in a wider variety of applications. These modified oligonucleotides are used in many diverse fields, including diagnostics, detection, and therapeutics. In this account, we summarize our research efforts related to modified nucleic acid systems. First, we discuss our syntheses of modified oligonucleotides containing fluorescent tags for use as molecular probes (molecular beacons) to detect single-nucleotide polymorphisim (SNP) in nucleic acids and to distinguish between the B and Z forms of DNA. We also describe our research efforts into oligonucleotides functionalized with steroid derivatives to enhance their cell permeability, and the synthesis of several calix[4]arene-oligonucleotide conjugates possessing the ability to form defined triplexes. In addition, we have performed systematic studies to have an understanding about the functional groups necessary for a given nucleoside to behave as an organo or hydrogelator. The aggregation properties of a number of nucleoside-based phospholipids have been examined in different solvents; some of these derivatives are potential candidates for use as nucleoside-based liposomes. Finally, we also describe our research efforts toward the preparation of isoxazole- and isoxazoline-containing nucleoside derivatives and the determination of their antiviral activities.
Proceedings of the Korean Society for Bioinformatics Conference
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2001.10a
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pp.1-9
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2001
scale genomic and postgenomic data means that many of the challenges in biomedical research are now challenges in computational sciences and information technology. The informatics revolutions both in clinical informatics and bioinformatics will change the current paradigm of biomedical sciences and practice of clinical medicine, including diagnostics, therapeutics, and prognostics. Postgenome informatics, powered by high throughput technologies and genomic-scale databases, is likely to transform our biomedical understanding forever much the same way that biochemistry did a generation ago. In this talk, 1 will describe how these technologies will in pact biomedical research and clinical care, emphasizing recent advances in biochip-based functional genomics. Basic data preprocessing with normalization and filtering, primary pattern analysis, and machine teaming algorithms will be presented. Issues of integrated biochip informatics technologies including multivariate data projection, gene-metabolic pathway mapping, automated biomolecular annotation, text mining of factual and literature databases, and integrated management of biomolecular databases will be discussed. Each step will be given with real examples from ongoing research activities in the context of clinical relevance. Issues of linking molecular genotype and clinical phenotype information will be discussed.
The genome sequencing project has generated and will continue to generate enormous amounts of sequence data including 5 eukaryotic and about 60 prokaryotic genomes. Given this ever-increasing amounts of sequence information, new strategies are necessary to efficiently pursue the next phase of the genome project-the elucidation of gene expression patterns and gene product function on a whole genome scale. In order to assign functional information to the genome sequence, DNA chip(or gene microarray) technology was developed to efficiently identify the differential expression pattern of independent biological samples. DNA chip provides a new tool for genome expression analysis that may revolutionize many aspects of biotechnology including new drug discovery and disease diagnostics.
Engineered DNA-binding domains provide a powerful technology for numerous biomedical studies due to their ability to recognize specific DNA sequences. Zinc fingers (ZF) are one of the most common DNA-binding domains and have been extensively studied for a variety of applications, such as gene regulation, genome engineering and diagnostics. Another novel DNA-binding domain known as a transcriptional activator-like effector (TALE) has been more recently discovered, which has a previously undescribed DNA-binding mode. Due to their modular architecture and flexibility, TALEs have been rapidly developed into artificial gene targeting reagents. Here, we describe the methods used to design these DNA-binding proteins and their key applications in biomedical research.
RNAs are versatile molecules that are primarily involved in gene regulation and can thus be widely used to advance the fields of therapeutics and diagnostics. In particular, circular RNAs which are highly stable, have emerged as strong candidates for use on next-generation therapeutic platforms. Endogenous circular RNAs control gene regulatory networks by interacting with other biomolecules or through translation into polypeptides. Circular RNAs exhibit cell-type specific expression patterns, which can be altered in tissues and body fluids depending on pathophysiological conditions. Circular RNAs that are aberrantly expressed in diseases can function as biomarkers or therapeutic targets. Moreover, exogenous circular RNAs synthesized in vitro can be introduced into cells as therapeutic molecules to modulate gene expression networks in vivo. Depending on the purpose, synthetic circular RNA sequences can either be identical to endogenous circular RNA sequences or artificially designed. In this review, we introduce the life cycle and known functions of intracellular circular RNAs. The current stage of endogenous circular RNAs as biomarkers and therapeutic targets is also described. Finally, approaches and considerations that are important for applying the available knowledge on endogenous circular RNAs to design exogenous circular RNAs for therapeutic purposes are presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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