Kleiner, sneller, aansteker, goedkoper" - dat is de mantra van de biochemicus en jonge ingenieur James Landers van de Universiteit van Virginia.

Hij gebruikt een driejarige subsidie ​​van het Emerging Capabilities and Prototyping Office van het Amerikaanse ministerie van Defensie om te ontwerpen, test en bouw een geautomatiseerd DNA-analyse-instrument dat klein en licht genoeg is om in een rugzak te passen, en in staat om veel te bereiken van wat een volledig centraal laboratorium kan doen - maar sneller, ter plekke, en een stuk goedkoper.

UVA's Applied Research Institute was kritisch bij het identificeren en binnenhalen van de onderzoeksfinanciering.

"Het doel van mijn lab is om lab-on-a-disc-technologie te ontwikkelen met instrumentatie op batterijen, " zei Landers. "Het instrument moet minder dan 10 pond wegen, ongeveer zo groot zijn als drie pakken printerpapier, en kost een orde van grootte minder dan de huidige technologie. Het zal in minder dan 30 minuten DNA-analyse en vergelijking met een ingebouwde profieldatabase kunnen uitvoeren. Dat waren onze marsorders."

Landers en zijn team, waaronder docenten en studenten van de afdelingen werktuigbouwkunde en elektrotechniek en anderen die zijn aangesloten bij de op UVA gebaseerde start-up TeGrex, zijn goed op weg. Het instrument in ontwikkeling maakt gebruik van micro-elektronica en unieke geminiaturiseerde hardware om de schijf te laten draaien, en is ontworpen om veldanalyse van weefselmonsters van vrijwel overal ter wereld mogelijk te maken, van slagvelden tot plaats delict, en zou brede toepassingen in medische instellingen kunnen hebben.

Landers – die zijn carrière begon als biochemicus, en heeft faculteitsafspraken met UVA's afdelingen Chemie, Pathologie en Werktuigbouwkunde - heeft een groot deel van zijn carrière gewijd aan het miniaturiseren van standaard laboratoriumprocessen, zodat ze eenvoudig kunnen worden uitgevoerd, goedkoop en snel door minimaal opgeleide buitendienstmedewerkers.

De nieuwe lab-on-a-disc-technologie die hij ontwikkelt, analyseert droge of natte monsters – zoals cellen die vanuit de mond worden afgeveegd – om een ​​snelle, goedkoop en gemakkelijk DNA-profiel van een onderwerp met behulp van een eenvoudig ogende maar geavanceerde set elektronica gemonteerd op wat in wezen een gemodificeerde laserscanbare dvd is die vervolgens in de schoenendoos-formaat, centrifuge-achtig instrument.

"Het apparaat zal DNA kunnen extraheren uit een klein stukje weefsel, de gensequentie te versterken en een DNA-vingerafdruk te genereren in 30 tot 45 minuten - ongeveer de helft van de tijd van de huidige technologie, " zei Landers. "Het kijkt naar 20 gensequentielocaties op de chromosomen, waarbij de dimensionering van herhaalde sequenties een statistisch relevante DNA-vingerafdruk oplevert die volledig uniek is voor elk afzonderlijk bemonsterd individu. Dit soort gegevens houden stand in strafzaken."

Momenteel, monsters van plaats delict en verdachten van misdaad worden voor analyse naar forensische laboratoria gestuurd, wat uren tot dagen tot weken kan duren, afhankelijk van de reistijd, de beschikbaarheid van technici, achterstanden en andere factoren. Maar in veel staten, inclusief Virginia, politie kan verdachten slechts vier uur vasthouden. Vaak, verdachten worden vrijgelaten voordat hun DNA-profiel is verkregen en gekoppeld aan criminele DNA-databanken, of gevonden om geen overeenkomsten te hebben.

"Met de technologie die we ontwikkelen, de analyse en de matching van de watchlist kunnen ter plaatse plaatsvinden, bijna onmiddelijk, en vervolgens de gegevens die zijn geüpload voor een mogelijke match in nationale of lokale DNA-databases, " zei Landers. "In veel gevallen zou dit een snelle arrestatie- of vrijlatingsbeslissing door de politie kunnen vergemakkelijken.

"We kunnen deze technologie ook op een krachtige manier naar de civiele wereld brengen. De medische toepassingen zijn talrijk."

Landers werkt al samen met een multi-orgaantransplantatiecentrum in Toronto om de mogelijkheid te overwegen om de technologie te gebruiken voor thuismonitoring van immunosuppressieve effecten op ontvangers na een transplantatie. een cruciale stap om de kans op een succesvolle transplantatie te vergroten.

De lab-on-a-disc-technologie kan ook worden gebruikt in algemene klinische kantoren voor een reeks tests, zoals het bepalen van een griepvirusstam, bacteriële infectie, zelfs voor het opsporen van vormen van kanker of andere genetische defecten.

"Je kunt je voorstellen dat een patiënt naar een dokterspraktijk gaat, het verstrekken van een bloed- of speekselmonster, terug naar de wachtkamer gaan of een kopje koffie pakken, en 30 minuten later het resultaat bespreken met de arts, "Deze technologie biedt echt de mogelijkheid om de snelheid waarmee we DNA kunnen analyseren radicaal te verbeteren", aldus Landers. tegen veel lagere kosten, bijna overal."