211service.com
Tio minuters blodprov
Att mäta proteiner i blodet kan hjälpa läkare att fastställa patienters cancerrisk och övervaka hälsan hos äldre och personer med kroniska sjukdomar. Men nuvarande metoder för att testa dessa proteiner är för dyra och kräver för mycket blod för att utföras regelbundet. Ett mikrofluidchip i kliniska prövningar gör på ett enda chip på 10 minuter vad som normalt tar flera tekniker timmar att göra – och med bara en enda droppe blod. Forskare hoppas kunna göra sängdiagnostik baserad på blodproteiner till verklighet genom att sänka kostnaderna för sådana tester med åtminstone en storleksordning.
Fingerstick till protein: Ett mikrofluidiskt chip identifierar 35 proteiner i en droppe blod inom 10 minuter. Hela analysprocessen utförs på chipet. Först separeras blodkroppar från proteinrikt serum, som färdas ner i de smala kanalerna. Dessa kanaler är belagda med proteinfångande streckkoder som lyser upp under ett fluorescerande mikroskop om bloddroppen innehöll proteinet av intresse.
Diagnoschipet utvecklas av Caltech kemiprofessor James Heath och genom att Leroy Hood , presidenten och grundaren av Institutet för systembiologi, i Seattle. Heath och Hood har grundat ett företag som heter Integrated Diagnostics för att kommersialisera blodchipet.
Serumproteiner ger ett otroligt fönster in i sjukdomens biologi, säger Paul Mischel , professor i patologi vid University of California, Los Angeles. Men idag kostar det cirka 500 dollar att testa för ett blodprotein, och dessa tester kräver 10 till 15 milliliter blod och flera besök hos läkaren.
Vi bestämde oss för att göra saker smutsbilliga: det kostar ett nickel per protein, säger Heath om den nuvarande enheten. Sådana snabba och billiga tester som bara kräver en droppe blod borde göra det möjligt för läkare att övervaka fler proteiner oftare, vilket möjliggör tidigare upptäckt av sjukdomar som cancer och bättre förebyggande vård för äldre. Den nya diagnostiken borde också vara mer exakt, säger Heath. Traditionella blodprover sitter i timmar eller till och med dagar innan mätningsprocessen är klar, vilket ger gott om tid för dem att brytas ned.
Heath and Hoods enhet, beskriven i veckans nummer av Naturens bioteknik , startar analysprocessen med några enkla mikrofluidik. En droppe blod dras ner i en mikroskalig kanal genom applicering av ett litet yttre tryck. Denna första kanal förgrenar sig till smalare, som utesluter blodkroppar och släpper in det proteinrika blodserumet. I typiska blodprov kräver detta separationssteg en centrifug.
De smalare kanalerna är mönstrade med vad Heath kallar ett proteinstreckkod-linjer av DNA bundna till antikroppar som fångar proteiner av intresse från serumet. Efter att serumet och cellerna har spolas ut spolas antikroppar bundna till röda fluorescerande proteiner in, vilket lyser upp infångade blodproteiner. Proteinstreckkoderna kan avläsas under ett fluorescerande mikroskop eller en genchipskanner. Identiteten för de fångade blodproteinerna kan bestämmas genom placeringen av röda linjer i streckkoden i förhållande till en grön fluorescerande referenslinje.
Genom att mäta hur mycket ljus som strålar ut från ett visst proteins punkt i streckkoden kan Heath and Hood kvantifiera dess koncentration i blodet. Heath noterar att chippet kan mäta blodproteiner som finns över ett brett koncentrationsområde, vilket gör det möjligt att mäta inte bara rikliga blodproteiner som skapas av immunsystemet, utan också sällsynta proteiner som har sitt ursprung i organ som hjärnan. Enheten är lika känslig som konventionella proteintester, och Heath och Hood kan mäta alla proteiner de är intresserade av genom att göra skräddarsydda chips med rätt antikroppar.
Medan andra grupper har fokuserat på proteiner som skapas av många organ, vilket gör resultaten svåra att tolka, säger Hood, vi utvecklar en strategi för att identifiera blodproteiner som är organspecifika. Hood säger att hans grupp för närvarande använder masspektrometri för att upptäcka proteiner som är specifika för levern och hjärnan.
I sin publicerade artikel beskriver forskarna hur man använder blodprovet för att fastställa risknivån för personer med bröst- och prostatacancer. Heath säger att chipet testas i kliniska prövningar som involverar både cancerpatienter och friska individer. Studierna av friska patienter som gruppen för närvarande genomför skulle vara opraktiska med tekniker som kräver en stor blodtagning, men med hjälp av chipsen säger Heath att det är möjligt att mäta blodproteiner flera gånger om dagen. Forskarna använder blodchipsen för att övervaka hur kost och träning påverkar blodproteinsammansättningen.
Dessa enheter borde leda till en minskning av kostnaderna och en otrolig fördel för patienterna, säger Emil Kartalov , professor i patologi vid University of Southern Californias Keck School of Medicine. Kartalov, som inte samarbetar med Heath och Hood, utvecklar liknande chips, och han utvecklade några av de separationsmetoder som används på blodchipet. Kartalov säger att Heath och Hoods arbete är ett stort steg framåt, men att för att dessa chips verkligen ska kunna gå ut på fältet måste de gå bortom fluorescerande proteiner. Fluorescerande mikroskop är för dyra och för skrymmande för att bäras ut på slagfältet eller in i patienternas hem. Kartalov säger att framtida diagnostik förmodligen kommer att ersätta de fluorescerande proteinerna med laddade proteiner, eftersom mätning av förändringar i elektrisk ström är mycket enklare och mer praktiskt.