Diagnostische gezondheidszorg is vaak beperkt in gebieden met beperkte middelen, omdat de procedures die nodig zijn om veel van de moleculaire markers die ziekten kunnen diagnosticeren te detecteren, te complex of te duur zijn om buiten een centraal laboratorium te worden gebruikt. Onderzoekers in het lab van Rustem Ismagilov, Caltech's Ethel Wilson Bowles en Robert Bowles hoogleraar scheikunde en chemische technologie en directeur van het Jacobs Institute for Molecular Engineering for Medicine, vinden nieuwe technologieën uit om opkomende diagnostische mogelijkheden uit laboratoria en naar het punt van zorg te brengen. Een van de belangrijke vereisten voor dergelijke diagnostische apparaten is dat de resultaten - of uitlezingen - bestand zijn tegen een verscheidenheid aan omgevingsomstandigheden en gebruikersfouten.

Om tegemoet te komen aan de behoefte aan een robuust uitleessysteem voor kwantitatieve diagnostiek, onderzoekers in het Ismagilov-lab hebben een nieuwe visuele uitleesmethode uitgevonden die analytische chemie en beeldverwerking gebruikt om ondubbelzinnige kwantificering van afzonderlijke nucleïnezuurmoleculen te bieden die door elke mobiele telefooncamera kunnen worden uitgevoerd.

De visuele uitleesmethode wordt beschreven en gevalideerd met behulp van RNA van het hepatitis C-virus - HCV-RNA - in een paper in het nummer van 22 februari van het tijdschrift ACS Nano .

Het werk maakt gebruik van een microfluïdische technologie genaamd SlipChip, die enkele jaren geleden in het Ismagilov-lab werd uitgevonden. Een SlipChip dient als een draagbare lab-on-a-chip en kan worden gebruikt om concentraties van afzonderlijke moleculen te kwantificeren. Elke SlipChip codeert voor een complex programma voor het isoleren van afzonderlijke moleculen (zoals DNA of RNA) samen met chemische reactanten in putten ter grootte van een nanoliter. Het programma regelt ook de complexe reacties in elk putje:de chip bestaat uit twee platen die bewegen - of "slippen" - ten opzichte van elkaar, met elke "slip" die de honderden of zelfs duizenden kleine putjes verbindt of scheidt, ofwel reactanten en moleculen met elkaar in contact brengen of ze isoleren. De architectuur van de chip stelt de gebruiker in staat om volledige controle te hebben over deze chemische reacties en kan contaminatie voorkomen, waardoor het een ideaal platform is voor een gebruiksvriendelijke, robuust diagnostisch apparaat.

De nieuwe visuele uitleesmethode bouwt voort op dit SlipChip-platform. Speciale indicatorchemie is geïntegreerd in de putten van het SlipChip-apparaat. Na een amplificatiereactie - een reactie die nucleïnezuurmoleculen vermenigvuldigt - veranderen de putjes van kleur afhankelijk van of de reactie erin positief of negatief was. Bijvoorbeeld, als een SlipChip wordt gebruikt om HCV-RNA-moleculen in een monster te tellen, een putje met een RNA-molecuul dat tijdens de reactie werd geamplificeerd, zou blauw worden; terwijl een put zonder RNA-molecuul paars zou blijven.

Om het resultaat te lezen, een gebruiker maakt eenvoudig een foto van de hele SlipChip met behulp van een cameratelefoon. Vervolgens wordt de foto verwerkt met behulp van een ratiometrische benadering die de kleuren die door de sensor van de camera worden gedetecteerd, omzet in een eenduidige uitlezing van positieven en negatieven.

Eerdere SlipChip-technologieën maakten gebruik van een chemische stof die zou fluoresceren wanneer een reactie in een put plaatsvond. Maar die uitlezingen kunnen te subtiel zijn voor detectie door een gewone mobiele telefooncamera of kunnen specifieke lichtomstandigheden vereisen. De nieuwe methode biedt richtlijnen voor het selecteren van indicatoren die kleurveranderingen opleveren die compatibel zijn met de kleurgevoeligheden van telefooncamera's, en de ratiometrische verwerking maakt het voor een gebruiker niet meer nodig om kleuren op zicht te onderscheiden.

"Het uitleesproces dat we hebben ontwikkeld, kan worden gebruikt met elke mobiele telefooncamera, " zegt Jesus Rodriguez-Manzano, een postdoctoraal wetenschapper in chemische technologie en een van de twee eerste auteurs op het papier. "Het gaat snel, geautomatiseerd, en vereist geen tellen of visuele interpretatie, zodat de resultaten door iedereen kunnen worden gelezen, zelfs gebruikers die kleurenblind zijn of onder slechte lichtomstandigheden werken. Deze robuustheid maakt onze visuele uitleesmethode geschikt voor integratie met apparaten die in elke omgeving worden gebruikt, ook op het zorgpunt in omgevingen met beperkte middelen. Dit is van cruciaal belang omdat de behoefte aan zeer gevoelige diagnostiek in dergelijke regio's het grootst is."