Een verlangen naar een eenvoudiger, Een goedkopere manier om algemene laboratoriumtests uit te voeren voor medische diagnoses en om "afwassen" te vermijden, leidde ertoe dat onderzoekers van de Universiteit van Connecticut een nieuwe technologie ontwikkelden die kosten en tijd bespaart.

Hun op pipetten gebaseerde technologie zou ook kunnen helpen om bepaalde medische tests beschikbaar te maken in landelijke of afgelegen gebieden waar traditionele methoden anders onbetaalbaar en ingewikkeld uit te voeren zouden zijn.

De door de onderzoekers ontwikkelde 3D-geprinte pipettiptest maakt gebruik van wat "lang de gouden standaard is geweest voor het meten van eiwitten, ziekteverwekkers, antilichamen en andere biomoleculen in complexe matrices, " zeggen ze. De methode maakt nog steeds gebruik van de enzymgekoppelde immunosorbenttest, ook bekend als ELISA, maar via een andere weg. Ze hebben hun bevindingen gedetailleerd beschreven in een paper dat onlangs online is gepubliceerd in Analytische scheikunde .

Voor 30 jaar of meer, ELISA is gebruikt om bloed te testen, cellen en andere biologische monsters voor alles, van bepaalde kankers tot HIV, van de ziekte van Lyme tot pernicieuze anemie.

Traditionele ELISA-tests worden uitgevoerd op platen met 96 microwells; elk putje werkt als een aparte testkamer waar monsters kunnen worden gecombineerd met verschillende middelen die vervolgens met het monster zullen reageren, meestal door van kleur te veranderen. Technici kunnen vervolgens analyseren of een monster indicatoren voor een bepaalde ziekte of aandoening bevat, afhankelijk van de intensiteit van de kleur die tijdens de reactie wordt geproduceerd.

Hoewel effectief en nauwkeurig, de apparatuur die wordt gebruikt om ELISA uit te voeren is duur - kost vaak duizenden dollars om in een laboratorium te installeren - en vereist gespecialiseerde training om tests uit te voeren, aangezien onjuiste technieken tot onjuiste resultaten kunnen leiden. De middelen die in de eigenlijke tests worden gebruikt - meestal verschillende vormen van antilichamen - kunnen ook duur zijn.

Zoals veel onderzoekslaboratoria, James Rusling's scheikundelab waar onderzoeksassistent Mohamed Sharafeldin en zijn belangrijkste medewerker, Karteek Kadimisetty '18 Ph.D., hun werk deden, geen geautomatiseerde ELISA-wasmachine heeft, wat betekent dat platen die voor tests worden gebruikt, handmatig moeten worden gewassen - een tijdrovend en moeilijk proces.

"De ELISA-wastechnieken duren een eeuwigheid, " zei Sharafeldin, die momenteel werkt aan zijn doctoraat in de chemie. "Het is heel zwaar, vooral in een lab als het onze. Wij hebben niet dat soort luxe wasmachines."

Toen Kadimisetty op een dag ELISA runde, hij noemde, "Ik wou dat het doen van ELISA zo simpel was als pipetteren." Die terloopse opmerking was de aanleiding voor wat volgde:een ontwerp voor een 3D-geprinte adapter voor veelgebruikte pipetten die een ELISA-test kon uitvoeren in de pipetpunt, zonder de noodzaak van een traditionele ELISA-plaat en de dure apparatuur die daarbij hoort.

Elke pipetpunt voor eenmalig gebruik vertegenwoordigt één microputje op een ELISA-plaat; de onderzoekers ontwierpen ook een versie met meerdere tips waarmee acht tips tegelijkertijd kunnen worden gepipetteerd. De tips passen precies op de meeste pipetten die in laboratoriumomgevingen worden gebruikt, waardoor het hanteren van vloeistoffen veel eenvoudiger is dan met de standaard ELISA-plaat.

"We wilden geen grote verandering aanbrengen in de traditionele ELISA; we hebben gewoon engineered, gecontroleerde veranderingen, ' zei Sharafeldin. 'Dus, de basis is hetzelfde. We gebruiken dezelfde antilichamen in dezelfde concentraties die ze gebruiken bij conventionele of traditionele ELISA, dus we gebruiken dezelfde protocollen. Alles wat door normale ELISA kan worden uitgevoerd, kan hierdoor worden beheerd, met als voordeel dat het goedkoper is, veel sneller en toegankelijker."

De onderzoekers testten de pipettips op monsters van prostaatkankerpatiënten en ontdekten dat niet alleen de testresultaten van de tips zo nauwkeurig waren als ELISA-tests, ze waren in staat om de tests uit te voeren met een tiende van de hoeveelheid testmiddel - waardoor de totale kosten van de test aanzienlijk werden verlaagd - en in een fractie van de tijd. Tests uitgevoerd door verschillende gebruikers met verschillende vaardigheidsniveaus lieten uiteindelijk dezelfde resultaten zien.

Traditionele ELISA-plaatmicrowells bevatten elk 400 microliter vloeistof, maar de reacties die nodig zijn om de testresultaten te meten, vinden alleen plaats op de plastic wanden van de put. Terwijl de 3D-geprinte ELISA-tips slechts 50 microliter bevatten, het ontwerp van het reservoir in de punt vergroot dramatisch het oppervlak waar reacties plaatsvinden, waardoor de onderzoekers veel minder dure antilichamen hoeven te gebruiken die worden gebruikt om de test uit te voeren, en de tijd die nodig is om de test te verwerken en de resultaten te lezen aanzienlijk verkort.

"Hier hebben we een kamer waar de reactie op alle punten plaatsvindt, "Sharafeldin zei, verwijzend naar het ontwerp van de pipetpunt. "Dit verkort de tijd van de test, wat een belangrijk ding is, omdat het uitvoeren van de ELISA-assay vijf tot acht uur duurt. Deze kan in 90 minuten worden uitgevoerd."

De pipetpunten hebben ook geen dure of geavanceerde plaatlezer nodig om testresultaten te bepalen, zoals ELISA-tests doen. In de proeven met de prostaatkankermonsters, de resultaten van de pipetpunt werden nauwkeurig afgelezen door een foto van een mobiele telefoon te maken en een gratis app te gebruiken die de kleurintensiteiten in de afbeelding meet.

Het voordeel, Sharafeldin zei, is dat de gebruiker die de test uitvoert met de pipetpunten geen wetenschapper hoeft te zijn; ze hebben alleen eenvoudige instructies voor pipetteren nodig, om vervolgens een foto te maken en deze naar een technicus te sturen die de resultaten op afstand kan lezen om een ​​diagnose te stellen - mogelijk nieuwe, goedkopere testopties in landelijke of geïsoleerde gebieden waar het opzetten van een traditioneel ELISA-lab een uitdaging en duur zou zijn.

Hoewel aanvullende steekproeftests nodig zijn, Sharafeldin is optimistisch over het toekomstige potentieel van het ontwerp van de pipettip om de kosten te verlagen. Hij werkt ook samen met ingenieurs om een ​​geautomatiseerd, vacuümgeassisteerde pipet die het gebruik van de pipetpunten en het uitvoeren van ELISA-tests verder zou vergemakkelijken, en zou beschikbaar zijn voor aanzienlijk minder kosten dan traditionele ELISA-apparatuur.