Laboratorie-på-en-chip-teknik forenkler påvisning af cancer-DNA-biomarkører

Kræft er den anden hyppigste dødsårsag i USA, laver tidligt, pålidelig diagnose og behandling en prioritet for forskere. Genomiske biomarkører giver et stort potentiale for diagnostik og nye behandlingsformer, såsom immunterapi. Miniaturiserede lab-on-chip tilgange er de bedste kandidater til at udvikle levedygtige diagnostiske tests og instrumenter, fordi de er små, behøver kun begrænsede testvolumener, og kan være omkostningseffektiv.

Et team af videnskabsmænd og ingeniører fra University of California, Santa Cruz og Brigham Young University har udviklet netop en sådan tilgang, der er i stand til at behandle biomolekylære prøver fra blod. Deres metode kan analysere og identificere flere mål på en siliciumbaseret molekylær detektionsplatform og er beskrevet i denne uge i Biomikrofluidik , fra AIP Publishing.

Laboratorie-på-en-chip beskriver miniaturisering af laboratoriefunktioner såsom blodprøver på en chip. I stedet for at overføre relativt store (mikro- til milliliter) prøver mellem reagensglas eller bruge omfangsrigt analyseudstyr, prøver og reagenser håndteres på chip-skalaenheder med fluidiske mikrokanaler. Dette kræver meget mindre testvolumener, og flere funktioner kan integreres på en enkelt enhed, forbedre hastigheden, pålidelighed og portabilitet af disse laboratorieprocesser.

"Vores tilgang bruger optofluidchips, hvor både væskebehandling og optisk sensing udføres på en chip, giver mulighed for yderligere miniaturisering og ydeevneforbedringer af chipsystemet, sagde Holger Schmidt, en Narinder Kapany professor i elektroteknik ved University of California, Santa Cruz.

Hele testprocessen var en udfordring for holdet, ledet af Schmidt og Aaron Hawkins, en fysikprofessor ved Brigham Young University. Hver af chipsene skulle udvikles og testes til flere funktioner, fra filtrering af blodceller uden at tilstoppe filteret til pålidelig analyse af optiske data for at skabe de rigtige excitationsmønstre på siliciumchippen. Imidlertid, processen fungerede som forventet, og holdet var glædeligt overrasket over at se, hvor kraftfuld den optiske excitationsmetode med flere punkter faktisk var.

Det næste skridt til at realisere potentialet i denne forskning er at bevæge sig mod rigtige kliniske prøver og at påvise individuelle DNA-biomarkører.

"Vi har vist en enkelt nukleinsyreanalyse i forbindelse med on-chip Ebola-detektion og vil gerne overføre det til denne applikation, sagde Schmidt.

Andre mål for teamet inkluderer at øge hastigheden af ​​analyseprocessen, og integrere flere optiske elementer på chippen. De ønsker også at udvide deres evner til at analysere proteinbiomarkører ud over nukleinsyrer og hele viruspartikler, der allerede er demonstreret.

Denne forskning forventes at have en bred vifte af applikationer, fordi det underliggende princip for denne form for on-chip optisk analyse og manipulation er meget generelt.

"På kort sigt, vi håber at bygge nye diagnostiske instrumenter til molekylær diagnostik med applikationer inden for onkologi og detektion af infektionssygdomme, både vira og (lægemiddelresistente) bakterier, " sagde Schmidt. "Desuden, disse chips kan være meget nyttige til grundlæggende forskning i molekylærbiologi og andre biovidenskaber, da de kan give analyse af enkelte nano- og mikropartikler uden behov for dyrt udstyr. Og de kræver en relativt lav mængde eksperimentelle færdigheder."