Kanker is de tweede belangrijkste doodsoorzaak in de VS, vroeg maken, betrouwbare diagnose en behandeling een prioriteit voor onderzoekers. Genomische biomarkers bieden een groot potentieel voor diagnostiek en nieuwe behandelvormen, zoals immunotherapie. Geminiaturiseerde lab-on-chip-benaderingen zijn uitstekende kandidaten voor het ontwikkelen van levensvatbare diagnostische tests en instrumenten, omdat ze klein, hebben slechts beperkte testvolumes nodig, en kostenbesparend kan zijn.

Een team van wetenschappers en ingenieurs van de Universiteit van Californië, Santa Cruz en Brigham Young University hebben zo'n benadering ontwikkeld die in staat is biomoleculaire monsters uit bloed te verwerken. Hun methode kan meerdere doelen analyseren en identificeren op een op silicium gebaseerd moleculair detectieplatform en wordt deze week beschreven in Biomicrofluïdica , van AIP Publishing.

Laboratory-on-a-chip beschrijft de miniaturisering van laboratoriumfuncties zoals bloedonderzoek op een chip. In plaats van relatief grote (micro- tot milliliter) monsters tussen reageerbuisjes over te brengen of omvangrijke analytische apparatuur te gebruiken, monsters en reagentia worden verwerkt op apparaten op chipschaal met vloeibare microkanalen. Dit vereist veel kleinere testvolumes, en meerdere functies kunnen op één apparaat worden geïntegreerd, snelheid verbeteren, betrouwbaarheid en draagbaarheid van deze laboratoriumprocessen.

"Onze aanpak maakt gebruik van optofluïdische chips waarbij zowel vloeistofverwerking als optische detectie op een chip worden gedaan, waardoor verdere miniaturisatie en prestatieverbeteringen van het chipsysteem mogelijk zijn, zei Holger Schmidt, een Narinder Kapany hoogleraar elektrotechniek aan de Universiteit van Californië, Santa Cruz.

Het hele testproces was een uitdaging voor het team, onder leiding van Schmidt en Aaron Hawkins, een natuurkundeprofessor aan de Brigham Young University. Elk van de chips moest worden ontwikkeld en getest voor meerdere functies, van het filteren van bloedcellen zonder het filter te verstoppen tot het betrouwbaar analyseren van optische gegevens om de juiste excitatiepatronen op de siliciumchip te creëren. Echter, het proces verliep zoals gepland, en het team was aangenaam verrast om te zien hoe krachtig de multi-spot optische excitatiemethode eigenlijk was.

De volgende stap om het potentieel van dit onderzoek te realiseren, is om over te gaan naar echte klinische monsters en om individuele DNA-biomarkers te detecteren.

"We hebben enkelvoudige nucleïnezuuranalyse getoond in de context van on-chip Ebola-detectie en willen dat graag overbrengen naar deze toepassing, ' zei Schmidt.

Andere doelen voor het team zijn het verhogen van de snelheid van het analyseproces, en het integreren van meer optische elementen op de chip. Ze willen ook hun mogelijkheden uitbreiden om eiwitbiomarkers te analyseren, naast nucleïnezuren en hele virusdeeltjes die al zijn aangetoond.

Dit onderzoek zal naar verwachting een breed scala aan toepassingen hebben, omdat het onderliggende principe van dit soort on-chip optische analyse en manipulatie zeer algemeen is.

"Op korte termijn, we hopen nieuwe diagnostische instrumenten te bouwen voor moleculaire diagnostiek met toepassingen in oncologie en detectie van infectieziekten, zowel virussen als (resistente) bacteriën, " zei Schmidt. "Bovendien, deze chips kunnen zeer nuttig zijn voor fundamenteel onderzoek in de moleculaire biologie en andere biowetenschappen, aangezien ze analyses van afzonderlijke nano- en microdeeltjes kunnen bieden zonder dat er dure apparatuur nodig is. En ze vereisen relatief weinig experimentele vaardigheden."