Quantum Dot Com

Con il nome e il logo dell'azienda attaccati alla porta di vetro, le scatole non imballate, un banco della reception vuoto e giovani scienziati indaffarati, potrebbe essere qualsiasi azienda della Silicon Valley nel caos dell'avvio. Ma questo, diventa subito evidente, non è una normale startup. Inizi a notare la differenza a poche porte dalla caffettiera. In fondo al corridoio, in una stanza senza finestre illuminata dal debole bagliore di un laser verde che spara attraverso un labirinto di apparecchiature ottiche, troverai i gioielli della corona dell'azienda, minuscole particelle che emettono una varietà di colori. Questi sono cristalli di punti quantici formati da poche centinaia di atomi. Visti attraverso un normale microscopio ottico, brillano come stelle in un cielo senza luna.

La Quantum Dot Corporation - e la sua manciata di investitori di venture capital di alto profilo - sta scommettendo che questi granelli luminosi cambieranno il modo in cui i biologi vedono il mondo cellulare. Le particelle misurano solo pochi nanometri (miliardesimi di metro) di diametro. Poiché ha all'incirca le stesse dimensioni di una molecola proteica o di una breve sequenza di DNA, i punti quantici potrebbero essere segnali quasi perfetti per illuminare eventi biologici. Sono disponibili in una tavolozza di colori quasi illimitata e possono essere collegati a biomolecole per formare sonde sensibili per identificare composti specifici e tenere traccia di eventi biologici.

Questa storia faceva parte del nostro numero di gennaio 2000

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I tag fluorescenti sono onnipresenti in medicina e biologia, utilizzati in tutto, dai test dell'HIV all'imaging delle funzioni interne delle cellule. Ma i coloranti su cui ora fanno affidamento i biologi hanno seri inconvenienti. Per prima cosa, devono essere usati diversi tipi di molecole di colorante per ogni colore e un laser corrispondente deve essere usato per far diventare fluorescente un colorante: un laser verde per un colorante verde, giallo per un colorante giallo e così via. I colori emessi dai coloranti tendono a fondersi insieme e l'uso di una combinazione di laser è ingombrante. Queste limitazioni significano che, in pratica, non è possibile cercare più di pochi tipi di biomolecole alla volta. Inoltre, i coloranti si sbiadiscono rapidamente, quindi l'imaging è un affare one-shot.

I punti quantici non hanno nessuno di questi difetti. È possibile creare punti dai colori nitidi semplicemente variando la dimensione delle nanoparticelle e rendere fluorescente un arcobaleno di questi colori con la luce bianca o un laser a un colore. Inoltre, le nanoparticelle continuano a brillare molto più a lungo dei coloranti. Questi miglioramenti consentono di contrassegnare contemporaneamente vari componenti biologici, ad esempio proteine ​​diverse o varie sequenze di DNA, con nanopunti colorati specifici.

Questo tipo di flessibilità potrebbe significare un modo economico e semplice per esaminare un campione di sangue per la presenza di un numero di virus diversi contemporaneamente. Potrebbe anche dare ai medici una rapida panoramica delle condizioni di un paziente. Ad esempio, la presenza di un particolare insieme di proteine ​​è un forte indicatore che una persona sta avendo un infarto; i punti quantici potrebbero offrire un test rapido e semplice per rilevare queste proteine. Sul fronte della ricerca, la capacità di etichettare simultaneamente più biomolecole potrebbe fornire un modo potente per osservare i complessi cambiamenti cellulari ed eventi associati alle malattie, fornendo indizi per la scoperta di farmaci.

Punto dell'Iceberg

La sfida, ovviamente, sta nel trasformare questo crudo potenziale scientifico in un'attività redditizia. È qui che entra in gioco la Quantum Dot, con sede a Palo Alto, in California. Come qualsiasi altra azienda tecnologica alle prime armi, deve attrarre sostegno finanziario entusiasmando gli investitori e elaborando un piano aziendale praticabile, oltre a respingere la concorrenza emergente costruendo un forte portafoglio tecnologico (vedi barra laterale: Quantum Competition). Ma per Quantum Dot le sfide vanno oltre quelle di una tipica startup. Non solo vuole avere successo commerciale, ma vuole farlo andando dove poche aziende sono arrivate prima: usando la nanotecnologia (manipolazione e costruzione di materiali su scala nanometrica) come strumento in medicina e biologia.

Anche nella ricerca di base, per non parlare del mondo commerciale, l'interfaccia tra nanotecnologie e biologia è un territorio in gran parte inesplorato. I punti quantici hanno incuriosito gli scienziati fisici alla ricerca di nuovi tipi di dispositivi elettronici e ottici per più di un decennio, ma pochi ricercatori biologici hanno dato loro un secondo pensiero. Per avere successo, la startup deve unire biotecnologie e nanotecnologie. In aggiunta alla difficoltà, la maggior parte dei capitalisti di rischio, il cui sostegno in questi giorni è fondamentale per quasi tutte le startup, ha mostrato un'avversione per qualcosa che suona esoterico come la nanotecnologia. Possono affrettarsi a finanziare startup dot-com, ma mettono la parola quanto davanti alla parola punto e gli occhi iniziano a brillare.

Coloro che formano Quantum Dot, tuttavia, scommettono che il potenziale di questa tecnologia all'avanguardia alla fine metterà a fuoco quegli occhi vitrei. La società è co-fondata da una coppia di esperti addetti ai lavori della Silicon Valley, Joel Martin e Bala Manian, che insieme hanno contribuito a lanciare una mezza dozzina di aziende tecnologiche nel campo dei dispositivi e della strumentazione medici. Durante i primi otto mesi di esistenza di Quantum Dot, la coppia imprenditoriale aveva raccolto $ 7,5 milioni in finanziamenti di rischio. Il CEO e presidente Martin afferma che l'entusiasmo degli investitori è una questione di tempismo: catturare una tecnologia proprio mentre un'esplosione di progressi scientifici la porta al limite della praticità commerciale. Devi avere qualcosa che sarà sul mercato nei prossimi due anni, dice Martin. Non può essere così lontano da essere al limite. Allo stesso tempo, aggiunge, è importante che la tecnologia catturi l'immaginazione delle persone.

nel bagliore

Nel 1997, tuttavia, quando Martin iniziò a comprare nuove tecnologie, diversi gruppi di ricercatori avevano iniziato a rendere i punti quantici più luminosi e più pratici. Con questi perfezionamenti, il potenziale per il loro utilizzo nell'imaging biologico e nella diagnostica stava diventando sempre più evidente. Cominciò a sembrare che sarebbe stato possibile trasformare le nanoparticelle in sonde sensibili che si sarebbero concentrate su specifici bersagli biologici, sempre illuminate da colori distintivi che dicevano: Eccolo! - essendo un virus, una proteina di grande interesse, forse qualche DNA specifico.

Il movimento verso le applicazioni biologiche è stato un lungo processo, senza un singolo passo avanti che aprisse la strada. Ma una realizzazione chiave, dice Paul Alivisatos, un chimico dell'Università della California, Berkeley, che ha contribuito a una serie di importanti progressi, è che i punti quantici sono macromolecole, le dimensioni delle proteine. Una volta che ti rendi conto che le scale delle dimensioni sono compatibili, dici: Ok, queste cose possono andare insieme. Aggiunge Moungi Bawendi, un chimico del MIT che ha lavorato sulle particelle per più di un decennio: La biologia non è ciò a cui pensavamo inizialmente. Ma in un certo senso è un'applicazione molto migliore, è naturale.

Tale naturale, infatti, che Alivisatos e il collaboratore Shimon Weiss, un fisico al Lawrence Berkeley Laboratory, e lo studente laureato Marcel Bruchez, hanno iniziato a discutere di opportunità di business a metà degli anni '90. Stavamo inciampando, cercando di formare un'azienda per sfruttare il potenziale biologico dei punti quantici, dice Alivisatos. Poi, nel 1997, ricevettero una telefonata da Joel Martin, che stava girovagando per la Silicon Valley alla ricerca della nuova cosa. In un nanosecondo, Alivisatos stava invitando il venture capitalist - e il suo assegno da un milione di dollari - al laboratorio di Berkeley per una visita.

Il potenziale dei punti quantici è stato confermato alla fine del 1998 dalla pubblicazione di due articoli innovativi sulla rivista Science che dimostrano che le nanoparticelle potrebbero essere rese compatibili con i sistemi viventi e utilizzate come bio-sonde. Un articolo era di Alivisatos e dei suoi colleghi di Berkeley, l'altro del chimico dell'Università dell'Indiana Shuming Nie. Entrambi i gruppi di ricercatori avevano imparato come dissolvere le nanoparticelle in acqua e rivestire i minuscoli cristalli con uno strato esterno a cui poter facilmente legare biomolecole in grado di riconoscere proteine ​​o DNA. La ricerca ha confermato il potenziale delle sonde a punti quantici per test diagnostici sensibili, persino analisi genetiche.

Come parte della ricerca, i team scientifici hanno dimostrato modi per rilevare le proteine ​​all'interno e sulla superficie di una cellula, suggerendo una possibilità allettante: potrebbe essere possibile attaccare un singolo nanodot luminoso a, diciamo, una proteina, come un modo per osservare eventi cellulari. Tali osservazioni potrebbero fornire una comprensione molto più ampia di come funzionano le cellule e di cosa può andare storto, fornendo preziosi indizi nello sviluppo di futuri farmaci e terapie.

Un mese dopo gli articoli su Science, è stato avviato Quantum Dot. Martin e Manian hanno firmato i principali ricercatori nanodot per il comitato consultivo scientifico dell'azienda e hanno dato loro una partecipazione finanziaria nel successo dell'azienda. Ciò significava creare partner dai rivali di lunga data Alivisatos, Bawendi, Nie e Paul Mulvaney, professore di chimica all'Università di Melbourne. Per buona misura, la startup ha assunto Bruchez e Stephen Empedocles, neolaureati con dottorato di ricerca dai laboratori di chimica di Alivisatos e Bawendi, come scienziati del personale. La società ha ottenuto in licenza le tecnologie chiave dalle università, ottenendo un portafoglio di proprietà intellettuale che copre l'uso dei punti quantici in biologia.

Martin dice che mentre il valore scientifico della tecnologia ha fatto clic la prima volta che l'ha vista, il percorso verso la commercializzazione non era così ovvio. Chiaramente, la startup non voleva competere direttamente con i giganti della diagnostica e degli strumenti analitici come Roche e Perkin-Elmer, e altrettanto chiaramente non voleva semplicemente fornire punti quantici come articoli di base. La risposta, afferma Martin, era un modello di business che imitava Intel. Il produttore di chip mira a mettere i suoi microprocessori nel computer di tutti; Quantum Dot cercherebbe di rendere le sue nanoparticelle un elemento essenziale dei kit diagnostici e degli strumenti analitici. La strategia era quella di rendere i grandi produttori clienti, non concorrenti.

Il piano aziendale di Quantum Dot prevede che l'azienda inizi a spedire quantità di test di punti ai potenziali clienti questo inverno per consentire loro di valutare il valore delle nanoparticelle nei test diagnostici e nella scoperta di farmaci. Gli accordi con i produttori di strumenti arriveranno più tardi, afferma Martin. Stima che la startup abbia abbastanza soldi per sopravvivere per un altro anno, ma dice che prevede di raccogliere più soldi questa primavera.

La società prevede di avere un prodotto commerciale entro la metà dell'anno e Martin afferma che le prime applicazioni arriveranno probabilmente nella ricerca sui farmaci. Ma a lungo termine, un'app killer si distingue. Quantum Dot sta lavorando su codici a barre biologici: perline polimeriche confezionate con una combinazione nota di migliaia o addirittura milioni di punti quantici. Ognuna di queste perle avrebbe una firma cromatica nota, un codice a barre spettrale. Invece di utilizzare un punto quantico per etichettare una biomolecola legandosi ad essa, gli scienziati mirano a costruire saggi per l'analisi genetica sulla superficie delle perle. I laboratori su un chip sono uno dei nuovi approcci più interessanti all'analisi genetica e Quantum Dot spera che il suo laboratorio su una perlina possa essere un modo più semplice per riconoscere le sequenze geniche. I ricercatori attaccano una particolare sequenza di DNA alla superficie di ogni tipo di perla. Poiché potresti facilmente formare migliaia, anche milioni, di perline ciascuna con una sonda di DNA distinta (e identificare prontamente ogni sonda usando il codice a barre), la tecnica potrebbe fornire un modo rapido per identificare contemporaneamente un gran numero di sequenze geniche in, diciamo, un campione di sangue, fornendo un prezioso strumento diagnostico e di ricerca.

Quando il freddo non basta

Nonostante il loro successo iniziale nella raccolta di fondi, i fondatori di Quantum Dot sono consapevoli che l'azienda sta entrando in un periodo del do or-die. Senza un prodotto di successo nell'immediato futuro, l'azienda si trova in una fase vulnerabile comune a molte startup. Ogni opportunità ha una finestra temporale. Ci sono sempre tecnologie in competizione, afferma il co-fondatore Manian. Potremmo avere successo in tre anni, ma se qualcuno ha trovato un'alternativa tra due anni, il treno avrà già lasciato la stazione. Manian dice che l'azienda ha delle pietre miliari. Guardando le barriere che incontri, fai delle chiamate soggettive: sarà risolto in una settimana o ci vorranno due anni? Se ci vorranno due anni, devi immediatamente cercare alternative o una rete di sicurezza. Il fattore coolness, avverte, svanirà molto rapidamente se non puoi sostenerlo con vantaggi economici. Deve tradursi in applicazioni del mondo reale.

Questo senso di urgenza nello sviluppo di usi per le nanoparticelle ha attirato nell'azienda alcuni dei migliori e più brillanti giovani scienziati dei punti quantici. Nel laboratorio di ottica di Quantum Dot, il trentenne Stephen Empedocles è chiaramente al comando. Questa è la vetrina dell'azienda, dove i potenziali investitori vengono a essere intimoriti. Ma Empedocle resta fiducioso, invitando un visitatore a dare un'occhiata attraverso il microscopio alle singole particelle, non molto più grandi di pochi atomi, che risplendono brillantemente. È uno scorcio del nanomondo che sicuramente catturerà la fantasia, e forse il libretto degli assegni, di un investitore.

Ma l'apparato sperimentale che attraversa il tavolo del laboratorio come un labirinto tradisce il fatto che questa è ancora una scienza all'avanguardia. Empedocle si è unito a Quantum Dot subito dopo essersi laureato al MIT la scorsa primavera con un dottorato in chimica. Già esperto riconosciuto nello sviluppo di tecniche analitiche per rilevare singoli punti quantici, Empedocle avrebbe potuto accettare un lavoro presso una grande organizzazione di ricerca o scegliere tra un numero qualsiasi di posizioni accademiche. Ma è stato attratto dalle sfide e dalle opportunità di prendere la scienza fondamentale dei punti quantici e utilizzare la tecnologia per avere un impatto sul mondo reale.

Anche al MIT, dice Empedocle, la gente non riusciva a capire perché [si sarebbe unito a una nuova società rischiosa.] Nessun altro che conoscevo è andato in una startup. Il motivo è che la cultura imprenditoriale che si è radicata nella ricerca informatica e biotecnologica rimane embrionale nelle scienze fisiche. Tuttavia, se Quantum Dot avrà successo nel suo tentativo di sposare nanotecnologie e biotecnologie, Empedocle potrebbe scoprire che i suoi colleghi del MIT acquisiranno una nuova comprensione del suo salto di carriera.

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