Een nieuwe uitvinding door een team van onderzoekers van de National University of Singapore (NUS) belooft een snellere en goedkopere manier om ziekten met hoge nauwkeurigheid te diagnosticeren. Prof.essor Zhang Yong van de afdeling Biomedische Technologie van de NUS-faculteit Ingenieurswetenschappen en zijn team hebben een kleine microfluïdische chip ontwikkeld die effectief minuscule hoeveelheden biomoleculen kan detecteren zonder de noodzaak van complexe laboratoriumapparatuur.

Ziektediagnostiek omvat detectie en kwantificering van biodeeltjes van nanoformaat, zoals DNA, eiwitten, virussen, en exosomen (extracellulaire blaasjes). Typisch, detectie van biomoleculen zoals eiwitten wordt uitgevoerd met behulp van colorimetrische testen of fluorescerende labeling met een secundair antilichaam voor detectie, en vereist complexe optische detectieapparatuur zoals fluorescentiemicroscopie of spectrofotometrie.

Een alternatief om de kosten en complexiteit van ziektedetectie te verminderen, is de toepassing van labelvrije technieken, die de laatste tijd aan populariteit winnen. Echter, deze aanpak vereist precisie-engineering van nano-functies (in een detectiechip), complexe optische opstellingen, nieuwe nano-sondes (zoals grafeenoxide, koolstof nanobuisjes, en gouden nanostaafjes) of aanvullende amplificatiestappen zoals aggregatie van nanodeeltjes om gevoelige detectie van biomarkers te bereiken.

"Onze uitvinding is een voorbeeld van disruptieve diagnostiek. Deze kleine biochip kan op gevoelige wijze eiwitten en polymeerblaasjes van nanoformaat detecteren met een concentratie van respectievelijk 10 ng/mL (150 pM) en 3,75 μg/mL. Het heeft ook een zeer kleine voetafdruk , weegt slechts 500 mg en is 6 mm³ groot. Detectie kan worden uitgevoerd met behulp van standaard laboratoriummicroscopen, waardoor deze aanpak zeer aantrekkelijk is voor gebruik in point-of-care diagnostiek, " verklaarde prof. Zhang.

Zijn team, bestaande uit Dr. Kerwin Kwek Zeming en twee NUS Ph.D. studenten de heer Thoriq Salafi en mevrouw Swati Shikha, publiceerden hun bevindingen in wetenschappelijk tijdschrift Natuurcommunicatie op 28 maart 2018.

Nieuwe benadering voor ziektediagnose

Deze nieuwe fluorescerende labelvrije benadering maakt gebruik van de laterale verschuivingen in de positie van het microbolletjessubstraat in pijlerarrays, voor het kwantificeren van de biomoleculen, gebaseerd op de verandering in oppervlaktekrachten en grootte, zonder dat er externe apparatuur nodig is. Door het gebruik van zijdelingse verplaatsing, de nano-biomoleculen kunnen in realtime worden gedetecteerd en de detectie is aanzienlijk sneller in vergelijking met detectie op basis van fluorescentielabels.

"Deze technieken kunnen ook worden uitgebreid tot vele andere soorten nano-biomoleculen, inclusief nucleïnezuur- en virusdetectie. Om deze chiptechnologie aan te vullen, we ontwikkelen ook een draagbaar accessoire voor smartphones en een microfluïdische pomp om het hele detectieplatform draagbaar te maken voor externe laboratoriumdiagnostiek. We hopen deze technologie verder te ontwikkelen voor commercialisering, " zei prof. Zhang.