L'assistenza sanitaria diagnostica è spesso limitata in aree con risorse limitate, perché le procedure necessarie per rilevare molti dei marcatori molecolari che possono diagnosticare le malattie sono troppo complesse o costose per essere utilizzate al di fuori di un laboratorio centrale. Ricercatori nel laboratorio di Rustem Ismagilov, Ethel Wilson Bowles e Robert Bowles Professore di Chimica e Ingegneria Chimica del Caltech e direttore del Jacobs Institute for Molecular Engineering for Medicine, stanno inventando nuove tecnologie per aiutare a portare le capacità diagnostiche emergenti fuori dai laboratori e al punto di cura. Tra i requisiti importanti per tali dispositivi diagnostici c'è che i risultati, o letture, siano robusti rispetto a una varietà di condizioni ambientali ed errori dell'utente.

Per rispondere alla necessità di un robusto sistema di lettura per la diagnostica quantitativa, i ricercatori del laboratorio Ismagilov hanno inventato un nuovo metodo di lettura visiva che utilizza chimica analitica ed elaborazione delle immagini per fornire una quantificazione univoca di singole molecole di acido nucleico che può essere eseguita da qualsiasi fotocamera del telefono cellulare.

Il metodo di lettura visiva è descritto e convalidato utilizzando l'RNA del virus dell'epatite C - HCV RNA - in un articolo nel numero del 22 febbraio della rivista ACS Nano .

Il lavoro utilizza una tecnologia microfluidica chiamata SlipChip, che è stato inventato nel laboratorio di Ismagilov diversi anni fa. Uno SlipChip funge da laboratorio portatile su chip e può essere utilizzato per quantificare le concentrazioni di singole molecole. Ogni SlipChip codifica un programma complesso per l'isolamento di singole molecole (come DNA o RNA) insieme a reagenti chimici in pozzetti delle dimensioni di un nanolitro. Il programma controlla anche le complesse reazioni in ciascun pozzetto:il chip è costituito da due piastre che si muovono o "scivolano" l'una rispetto all'altra, con ogni "scivolone" che unisce o separa le centinaia o anche migliaia di minuscoli pozzi, mettendo in contatto reagenti e molecole o isolandoli. L'architettura del chip consente all'utente di avere il controllo completo su queste reazioni chimiche e può prevenire la contaminazione, che lo rende una piattaforma ideale per un facile utilizzo, dispositivo diagnostico robusto.

Il nuovo metodo di lettura visiva si basa su questa piattaforma SlipChip. Nei pozzetti del dispositivo SlipChip sono integrati speciali indicatori chimici. Dopo una reazione di amplificazione, una reazione che moltiplica le molecole di acido nucleico, i pozzetti cambiano colore a seconda che la reazione sia positiva o negativa. Per esempio, se si utilizza uno SlipChip per contare le molecole di RNA dell'HCV in un campione, un pozzetto contenente una molecola di RNA che si è amplificata durante la reazione diventerebbe blu; mentre un pozzo privo di una molecola di RNA rimarrebbe viola.

Per leggere il risultato, un utente scatta semplicemente una foto dell'intero SlipChip utilizzando qualsiasi telefono con fotocamera. Quindi la foto viene elaborata utilizzando un approccio raziometrico che trasforma i colori rilevati dal sensore della fotocamera in una lettura univoca di positivi e negativi.

Le precedenti tecnologie SlipChip utilizzavano una sostanza chimica che diventava fluorescente quando si verificava una reazione all'interno di un pozzo. Ma quelle letture possono essere troppo sottili per essere rilevate da una comune fotocamera di un telefono cellulare o possono richiedere condizioni di illuminazione specifiche. Il nuovo metodo fornisce linee guida per la selezione degli indicatori che producono cambiamenti di colore compatibili con la sensibilità del colore delle fotocamere dei telefoni, e l'elaborazione raziometrica elimina la necessità per l'utente di distinguere i colori a vista.

"Il processo di lettura che abbiamo sviluppato può essere utilizzato con qualsiasi fotocamera del cellulare, " dice Jesus Rodriguez-Manzano, uno studioso post-dottorato in ingegneria chimica e uno dei due primi autori dell'articolo. "È rapido, automatizzato, e non richiede conteggio o interpretazione visiva, in modo che i risultati possano essere letti da chiunque, anche dagli utenti daltonici o che lavorano in condizioni di scarsa illuminazione. Questa robustezza rende il nostro metodo di lettura visiva appropriato per l'integrazione con dispositivi utilizzati in qualsiasi ambiente, anche al punto di cura in contesti a risorse limitate. Questo è fondamentale perché la necessità di una diagnostica altamente sensibile è maggiore in tali regioni".