211service.com
Övervakning av HIV på ett billigt chip
Att mäta viral belastning, eller koncentrationen av HIV i blodomloppet, är en av de tekniker som läkare använder för att övervaka effektiviteten av HIV-behandlingar. En ökning av virusmängden kan vara en varning för läkemedelssvikt eller läkemedelsresistens, vilket möjligen indikerar att patienten bör bytas till ett annat läkemedel. Men i resurssvaga miljöer är sådan övervakning oöverkomligt dyr och utrustningstung. Ett nytt mikrofluidchip designat av labbet av Rustem Ismagilov på Caltech kan göra det möjligt att övervaka virusmängden i HIV och andra virusinfektioner billigare och enklare, och tekniken kan även vara användbar för andra typer av genetiska tester.
Glid och glid: Den mikrofluidiska enheten som visas här, kallad SlipChip, innehåller två objektglas präglade med brunnar med varierande volymer, vilket gör det möjligt att mäta molekyler vid ett brett spektrum av koncentrationer. Här används ett chip för att analysera fem olika prover, representerade av olika färger.
Viral belastning mäts ofta med PCR, ett standardlaboratorieverktyg som kopierar DNA eller RNA i ett prov många gånger. En nyare metod, kallad digital PCR, gör det möjligt att få mycket mer exakta räkningar. Med hjälp av mikrofluidik delas provet först upp i en mängd små brunnar, så att varje brunn sannolikt inte innehåller mer än en molekyl. När molekylerna sedan amplifieras blir resultatet en enkel ja-eller-nej-signal för varje brunn.
Flaskhalsen med de metoderna kommer när man behöver en mätning med ett stort dynamiskt omfång, säger Ismagilov. HIV-virusmängd, till exempel, kan variera från 50 till en miljon molekyler per milliliter. Ett test för att mäta det måste kunna hantera ett stort antal molekyler, men ändå vara tillräckligt känsligt för att räkna sällsynta molekyler. För att uppnå sådan känslighet krävs normalt att ett prov späds ut och sprids ut över fler och fler brunnar för att säkerställa att inte mer än en molekyl finns i varje brunn. Ismagilov säger att ett så stort antal brunnar kan vara krångligt att analysera. Samtidigt kan provet inte spridas så tunt att knappa molekyler kommer att missas.
Ismagilov och hans labbmedlemmar kom på ett knep för att hantera detta dilemma: dela upp provet i en serie brunnar av olika storlek kalibrerade för att detektera molekyler i olika koncentrationer, som kan beräknas tillsammans. Varje volym är känslig för ett visst koncentrationsområde, säger han. Tillsammans ger dessa volymer mer information än någon volym individuellt.
Tekniken bygger på SlipChip, en enkel mikrofluidisk enhet utvecklad av Ismagilov. Två överlappande glas- eller plastobjektglas kan injiceras med ett vätskeprov och sedan roteras något för att separera vätskan i brunnarna. Rotationen kan också få vissa brunnar i kontakt så att kemiska reaktioner kan utföras.
I två färska tidningar i Analytisk kemi och den Journal of the American Chemical Society , beskriver Ismagilov och hans kollegor matematiken i designen och dess tillämpning vid testning av viral belastning i både HIV och hepatit C. Chipsen kan utformas för att utföra flera tester eller mäta flera prover, vilket Ismagilov säger ökar deras flexibilitet. För närvarande behövs andra enheter för andra stadier av PCR-förberedelse och analys, men forskarnas slutmål är att ett chip ska hantera alla dessa steg.