211service.com
Bloedonderzoek van tien minuten
Het meten van eiwitten in het bloed kan artsen helpen bij het bepalen van het kankerrisico van patiënten en het monitoren van de gezondheid van ouderen en mensen met chronische ziekten. Maar de huidige methoden om deze eiwitten te testen zijn te duur en vereisen te veel bloed om regelmatig te worden afgenomen. Een microfluïdische chip in klinische onderzoeken doet op een enkele chip in 10 minuten wat normaal gesproken meerdere technici uren in beslag nemen - en met slechts een enkele druppel bloed. Onderzoekers hopen diagnostiek aan het bed op basis van bloedeiwitten mogelijk te maken door de kosten van dergelijke tests met minstens een orde van grootte te verlagen.
Vingerprik naar eiwit: Een microfluïdische chip identificeert binnen 10 minuten 35 eiwitten in een druppel bloed. Het gehele analyseproces wordt op de chip uitgevoerd. Eerst worden bloedcellen gescheiden van eiwitrijk serum, dat door de nauwe kanalen reist. Deze kanalen zijn bedekt met streepjescodes voor het vastleggen van eiwitten die oplichten onder een fluorescerende microscoop als de bloeddruppel het eiwit van belang bevat.
De diagnostische chip wordt ontwikkeld door Caltech chemieprofessor James Heath en bij Leroy Hood , de president en oprichter van het Institute for Systems Biology, in Seattle. Heath en Hood hebben een bedrijf opgericht met de naam Integrated Diagnostics om de bloedchip te commercialiseren.
Serumeiwitten bieden een ongelooflijk inzicht in de biologie van ziekten, zegt Paul Mischel , een professor in pathologie aan de Universiteit van Californië, Los Angeles. Maar vandaag kost het ongeveer $ 500 om te testen op één bloedeiwit, en deze tests vereisen 10 tot 15 milliliter bloed en meerdere bezoeken aan de dokter.
We besloten het spotgoedkoop te maken: het kost een stuiver per eiwit, zegt Heath over het huidige apparaat. Dergelijke snelle en goedkope tests die slechts een druppel bloed vereisen, moeten artsen in staat stellen vaker eiwitten te controleren, waardoor ziekten zoals kanker eerder kunnen worden opgespoord en betere preventieve zorg voor ouderen mogelijk wordt. De nieuwe diagnostiek moet ook nauwkeuriger zijn, zegt Heath. Traditionele bloedmonsters zitten uren of zelfs dagen voordat het meetproces is voltooid, waardoor ze voldoende tijd hebben om te degraderen.
Het apparaat van Heath en Hood, beschreven in het nummer van deze week van Natuur Biotechnologie , begint het analyseproces met enkele eenvoudige microfluïdica. Een druppel bloed wordt naar beneden getrokken door een kanaal op microschaal door het uitoefenen van een kleine externe druk. Dit eerste kanaal vertakt zich in smallere, die bloedcellen uitsluiten en het eiwitrijke bloedserum toelaten. Bij typische bloedonderzoeken vereist deze scheidingsstap een centrifuge.
De smallere kanalen hebben een patroon met wat Heath een eiwitstreepjescode noemt: DNA-lijnen die zijn gebonden aan antilichamen die interessante eiwitten uit het serum vangen. Nadat het serum en de cellen zijn weggespoeld, worden antilichamen die zijn gebonden aan rode fluorescerende eiwitten naar binnen gespoeld, waardoor gevangen bloedeiwitten worden verlicht. De eiwitbarcodes kunnen worden afgelezen onder een fluorescentiemicroscoop of een gen-chipscanner. De identiteit van de gevangen bloedeiwitten kan worden bepaald door de locatie van rode lijnen in de streepjescode ten opzichte van een groene fluorescerende referentielijn.
Door te meten hoeveel licht er uitstraalt van de plek van een bepaald eiwit in de streepjescode, kunnen Heath en Hood de concentratie in het bloed kwantificeren. Heath merkt op dat de chip bloedeiwitten kan meten die aanwezig zijn over een breed concentratiebereik, waardoor het niet alleen mogelijk is om overvloedige bloedeiwitten te meten die door het immuunsysteem worden aangemaakt, maar ook zeldzamere eiwitten die afkomstig zijn uit organen zoals de hersenen. Het apparaat is net zo gevoelig als conventionele eiwittests, en Heath en Hood kunnen alle eiwitten meten waarin ze geïnteresseerd zijn door aangepaste chips te maken met de juiste antilichamen.
Terwijl andere groepen zich hebben gericht op eiwitten die door veel organen worden aangemaakt, waardoor de resultaten moeilijk te interpreteren zijn, zegt Hood, ontwikkelen we een strategie om bloedeiwitten te identificeren die orgaanspecifiek zijn. Hood zegt dat zijn groep momenteel massaspectrometrie gebruikt om eiwitten te ontdekken die specifiek zijn voor de lever en de hersenen.
In hun gepubliceerde paper beschrijven de onderzoekers het gebruik van de bloedtest om het risiconiveau van mensen met borst- en prostaatkanker te bepalen. Heath zegt dat de chip wordt getest in klinische onderzoeken waarbij zowel kankerpatiënten als gezonde personen betrokken zijn. De onderzoeken van gezonde patiënten die de groep momenteel uitvoert, zouden onpraktisch zijn met behulp van technologieën die een grote bloedafname vereisen, maar met behulp van de chips, zegt Heath dat het mogelijk is om bloedeiwitten meerdere keren per dag te meten. De onderzoekers gebruiken de bloedchips om te kijken hoe voeding en beweging de bloed-eiwitsamenstelling beïnvloeden.
Deze apparaten zouden moeten leiden tot een verlaging van de kosten en een ongelooflijk voordeel voor patiënten, zegt Emil Kartalov , een professor in pathologie aan de Keck School of Medicine van de University of Southern California. Kartalov, die niet samenwerkt met Heath en Hood, ontwikkelt soortgelijke chips en hij ontwikkelde enkele van de scheidingsmethoden die op de bloedchip worden gebruikt. Kartalov zegt dat het werk van Heath en Hood een grote stap voorwaarts is, maar dat deze chips, om echt het veld in te gaan, verder moeten gaan dan fluorescerende eiwitten. Fluorescerende microscopen zijn te duur en te omvangrijk om mee te nemen naar het slagveld of naar de huizen van patiënten. Kartalov zegt dat toekomstige diagnostiek waarschijnlijk de fluorescerende eiwitten zal vervangen door geladen eiwitten, omdat het meten van veranderingen in elektrische stroom veel eenvoudiger en praktischer is.