Lab-on-a-disc-teknologi lover at fremskynde, forenkle DNA-analyse på stedet

Mindre, hurtigere, lettere, billigere" - det er mantraet fra University of Virginias biokemiker og spæde ingeniør James Landers.

Han bruger et treårigt tilskud fra det amerikanske forsvarsministeriums emerging Capabilities and Prototyping Office til at designe, teste og bygge et automatiseret DNA-analyseinstrument, der er lille nok og let nok til at passe ind i en rygsæk, og i stand til at udrette meget af det, et fuldskala centrallaboratorium kan - men hurtigere, på side, og meget billigere.

UVA's Applied Research Institute var afgørende for at identificere og lande forskningsmidlerne.

"Målet med mit laboratorium er at udvikle lab-on-a-disc-teknologi med batteridrevet instrumentering, " sagde Landers. "Instrumentet skal veje mindre end 10 pund, være på størrelse med tre pakker printerpapir, og koster en størrelsesorden mindre end den nuværende teknologi. Det vil være i stand til at udføre DNA-analyse og sammenligning med en indbygget profildatabase på mindre end 30 minutter. Det var vores marchordrer."

Landers og hans team, som omfatter fakulteter og studerende i de mekaniske og elektrotekniske afdelinger og andre tilknyttet UVA-baseret start-up TeGrex, er godt på vej. Instrumentet under udvikling bruger mikroelektronik og unik miniaturiseret hardware til at køre disken, og er designet til at muliggøre feltanalyse af vævsprøver fra stort set alle steder i verden, fra slagmarker til gerningssteder, og kunne have brede anvendelsesmuligheder i medicinske omgivelser.

Landers - der startede sin karriere som biokemiker, og har fakultetsaftaler med UVAs afdelinger for kemi, Patologi og maskinteknik – har viet meget af sin karriere til at miniaturisere standardlaboratorieprocesser, så de kan udføres enkelt, billigt og hurtigt af minimalt uddannede feltteknikere.

Den nye lab-on-a-disc-teknologi, han er ved at udvikle, vil analysere tørre eller våde prøver – såsom celler, der er tørret inde fra munden – for at give en hurtig, billig og nem DNA-profil af et motiv ved hjælp af et enkelt udseende, men sofistikeret sæt elektronik monteret på hvad der i det væsentlige er en modificeret laserscannerbar DVD, som derefter lægges i skoæskestørrelsen, centrifugelignende instrument.

"Enheden vil være i stand til at udtrække DNA fra en lille prøve af væv, amplificere gensekvensen og generere et DNA-fingeraftryk på 30 til 45 minutter - omkring halvdelen af ​​tiden i forhold til den nuværende teknologi, Landers sagde. "Det ser på 20 gensekvensplaceringer på kromosomerne, hvor størrelsen af ​​gentagelsessekvenser giver et statistisk relevant DNA-fingeraftryk, der er helt unikt for hver enkelt prøvet. Det er den slags data, der holder i strafferetssager."

I øjeblikket, prøver fra gerningssteder og mistænkte sendes til retsmedicinske laboratorier til analyse, som kan tage timer til dage til uger, afhængig af rejsetid, tilgængeligheden af ​​teknikere, efterslæb og andre faktorer. Men i mange stater, inklusive Virginia, Politiet kan kun tilbageholde mistænkte i fire timer. Tit, mistænkte løslades, før deres DNA-profil er erhvervet og matchet med kriminelle DNA-databaser, eller fundet at have nogen match.

"Med den teknologi, vi udvikler, analysen og matchningen af ​​observationslisten kan forekomme på stedet, næsten med det samme, og derefter de data, der uploades til et muligt match på nationale eller lokale DNA-databaser, Landers sagde. "I mange tilfælde kunne dette lette politiets hurtige arrest-eller-frigivelsesbeslutning.

"Vi kan også bringe denne teknologi til den civile verden på en kraftfuld måde. De medicinske anvendelser er talrige."

Landers samarbejder allerede med et multiorgantransplantationscenter i Toronto for at overveje muligheden for at bruge teknologien til hjemmeovervågning af immunsuppressionseffekter på post-transplantationsmodtagere, et kritisk skridt for at øge chancen for en vellykket transplantation.

Lab-on-a-disc-teknologien kan også bruges i generelle kliniske kontorer til en række tests, for at bestemme en influenzavirusstamme, bakteriel infektion, selv for at udpege kræftformer eller andre genetiske defekter.

"Du kan forestille dig en patient gå til en læges kontor, give en blod- eller spytprøve, gå tilbage til venteværelset eller snuppe en kop kaffe, og 30 minutter senere diskuterede resultatet med lægen, " sagde Landers. "Denne teknologi giver virkelig mulighed for radikalt at forbedre den hastighed, hvormed vi kan analysere DNA, til meget lavere omkostninger, næsten overalt."