211service.com
Hiv monitoren op een goedkope chip
Het meten van de viral load, oftewel de concentratie van hiv in de bloedbaan, is een van de technieken die artsen gebruiken om de effectiviteit van hiv-behandelingen te monitoren. Een piek in de virale belasting kan een waarschuwing zijn voor medicijnfalen of medicijnresistentie, wat er mogelijk op kan wijzen dat de patiënt op een ander medicijn moet worden overgeschakeld. Maar in omgevingen met weinig middelen is dergelijke monitoring onbetaalbaar en veel apparatuur. Een nieuwe microfluïdische chip ontworpen door het lab van Rustem Ismagilov bij Caltech kan het mogelijk maken om de viral load bij hiv en andere virale infecties goedkoper en gemakkelijker te monitoren, en de techniek kan ook nuttig zijn voor andere soorten genetische tests.
Glibberen en glijden: Het microfluïdische apparaat dat hier wordt getoond, een SlipChip genaamd, bevat twee dia's bedrukt met putjes van verschillende volumes, waardoor het mogelijk is om moleculen in een breed scala aan concentraties te meten. Hier wordt één chip gebruikt om vijf verschillende monsters te analyseren, weergegeven door verschillende kleuren.
Virale belasting wordt vaak gemeten met PCR, een standaard laboratoriuminstrument dat het DNA of RNA in een monster vele malen kopieert. Een nieuwere benadering, digitale PCR genaamd, maakt het mogelijk om veel nauwkeurigere tellingen te krijgen. Met behulp van microfluïdica wordt het monster eerst verdeeld over een groot aantal kleine putjes, zodat elk putje waarschijnlijk niet meer dan één molecuul kan bevatten. Wanneer de moleculen vervolgens worden geamplificeerd, is het resultaat een eenvoudig ja-of-nee-signaal voor elk putje.
Het knelpunt van die methoden komt wanneer je een meting met een groot dynamisch bereik nodig hebt, zegt Ismagilov. De virale belasting van HIV kan bijvoorbeeld variëren van 50 tot een miljoen moleculen per milliliter. Een test om het te meten moet grote aantallen moleculen aankunnen, maar toch gevoelig genoeg zijn om zeldzame moleculen te tellen. Normaal gesproken vereist het bereiken van een dergelijke gevoeligheid het verdunnen van een monster en het verspreiden ervan over steeds meer putjes om ervoor te zorgen dat er niet meer dan één molecuul in elk putje zit. Ismagilov zegt dat zulke grote aantallen putten lastig te analyseren kunnen zijn. Tegelijkertijd kan het monster niet zo dun worden verspreid dat schaarse moleculen worden gemist.
Ismagilov en zijn laboratoriumleden bedachten een truc om dit dilemma aan te pakken: verdeel het monster in een reeks putjes van verschillende grootte die zijn gekalibreerd om moleculen in verschillende concentraties te detecteren, die samen kunnen worden berekend. Elk volume is gevoelig voor een bepaald concentratiebereik, zegt hij. Samen bieden deze volumes meer informatie dan elk afzonderlijk volume.
De techniek is gebaseerd op de SlipChip, een eenvoudig microfluïdisch apparaat ontwikkeld door Ismagilov. Twee overlappende objectglaasjes van glas of plastic kunnen worden geïnjecteerd met een vloeistofmonster en vervolgens iets worden gedraaid om de vloeistof in de putjes te scheiden. De rotatie kan ook bepaalde putten in contact brengen zodat chemische reacties kunnen worden uitgevoerd.
In twee recente kranten in Analytische scheikunde en de Tijdschrift van de American Chemical Society , Ismagilov en zijn collega's beschrijven de wiskunde van het ontwerp en de toepassing ervan bij het testen van de virale lading bij zowel HIV als hepatitis C. De chips kunnen worden ontworpen om meerdere tests uit te voeren of meerdere monsters te meten, wat volgens Ismagilov bijdraagt aan hun flexibiliteit. Momenteel zijn er andere apparaten nodig voor andere stadia van PCR-voorbereiding en analyse, maar het uiteindelijke doel van de onderzoekers is dat één chip al deze stappen kan uitvoeren.