Più piccoli, Più veloce, accendino, più economico" - questo è il mantra del biochimico dell'Università della Virginia e ingegnere alle prime armi James Landers.

Sta utilizzando una sovvenzione triennale dell'Ufficio per le capacità emergenti e la prototipazione del Dipartimento della difesa degli Stati Uniti per progettare, testare e costruire uno strumento di analisi del DNA automatizzato abbastanza piccolo e leggero da stare in uno zaino, e in grado di realizzare molto di ciò che un laboratorio centrale su vasta scala può fare, ma più velocemente, sul posto, e molto meno costoso.

L'Istituto di ricerca applicata dell'UVA è stato fondamentale nell'identificare e ottenere i finanziamenti per la ricerca.

"L'obiettivo del mio laboratorio è sviluppare la tecnologia lab-on-a-disc con strumentazione a batteria, " Disse Landers. "Lo strumento deve pesare meno di 10 libbre, avere all'incirca le dimensioni di tre risme di carta per stampante, e costa un ordine di grandezza inferiore alla tecnologia attuale. Sarà in grado di condurre l'analisi del DNA e il confronto con un database di profili a bordo in meno di 30 minuti. Questi erano i nostri ordini di marcia".

Landers e la sua squadra, che include docenti e studenti dei dipartimenti di ingegneria meccanica ed elettrica e altri affiliati con la start-up TeGrex basata su UVA, sono sulla buona strada. Lo strumento in fase di sviluppo utilizza microelettronica e hardware miniaturizzato unico per eseguire il disco, ed è progettato per consentire l'analisi sul campo di campioni di tessuto essenzialmente da qualsiasi parte del mondo, dai campi di battaglia alle scene del crimine, e potrebbe avere ampie applicazioni in ambito medico.

Landers – che ha iniziato la sua carriera come biochimico, e tiene appuntamenti di facoltà con i dipartimenti di Chimica dell'UVA, Patologia e ingegneria meccanica - ha dedicato gran parte della sua carriera alla miniaturizzazione dei processi di laboratorio standard in modo che possano essere realizzati in modo semplice, in modo economico e rapido da tecnici sul campo con una formazione minima.

La nuova tecnologia lab-on-a-disc che sta sviluppando analizzerà campioni secchi o umidi, come le cellule prelevate con un tampone dall'interno della bocca, per fornire un rapido, profilo del DNA economico e facile di un soggetto che utilizza un set di componenti elettronici dall'aspetto semplice ma sofisticato montato su quello che è essenzialmente un DVD modificato a scansione laser che viene poi inserito nella dimensione di una scatola da scarpe, strumento simile a una centrifuga.

"Il dispositivo sarà in grado di estrarre il DNA da un piccolo campione di tessuto, amplificare la sequenza genica e generare un'impronta digitale del DNA in 30-45 minuti - circa la metà del tempo della tecnologia attuale, " Ha detto Landers. "Guarda 20 posizioni di sequenza genica sui cromosomi, dove il dimensionamento delle sequenze ripetute fornisce un'impronta digitale del DNA statisticamente rilevante che è completamente unica per ogni individuo campionato. Questo è il tipo di dati che regge nei casi giudiziari penali".

Attualmente, campioni provenienti da scene del crimine e sospettati di reato vengono inviati ai laboratori forensi per l'analisi, che possono richiedere ore, giorni o settimane, a seconda del tempo di viaggio, la disponibilità di tecnici, arretrati e altri fattori. Ma in molti stati, compresa Virginia, la polizia può trattenere i sospetti solo per quattro ore. Spesso, i sospetti vengono rilasciati prima che il loro profilo DNA venga acquisito e abbinato a database di DNA criminali, o trovato per non avere corrispondenze.

"Con la tecnologia che stiamo sviluppando, l'analisi e la corrispondenza della lista di controllo possono avvenire in loco, quasi immediatamente, e poi i dati caricati per una possibile corrispondenza su banche dati del DNA nazionali o locali, "Landers ha detto. "In molti casi questo potrebbe facilitare una rapida decisione di arresto o rilascio da parte della polizia.

"Possiamo anche portare questa tecnologia nel mondo civile in modo potente. Le applicazioni mediche sono numerose".

Landers sta già collaborando con un centro trapianti multiorgano a Toronto per considerare la possibilità di utilizzare la tecnologia per il monitoraggio domiciliare degli effetti dell'immunosoppressione sui riceventi post-trapianto, un passaggio fondamentale per aumentare le possibilità di successo del trapianto.

La tecnologia lab-on-a-disc potrebbe essere utilizzata anche negli studi clinici generali per una serie di test, tali da determinare un ceppo di virus influenzale, infezione batterica, anche per individuare forme di cancro o altri difetti genetici.

"Puoi immaginare un paziente che va in uno studio medico, fornendo un campione di sangue o saliva, tornare in sala d'attesa o prendere un caffè, e 30 minuti dopo discutendo il risultato con il medico, " Ha detto Landers. "Questa tecnologia offre davvero l'opportunità di migliorare radicalmente la velocità con cui possiamo analizzare il DNA, a costi molto inferiori, quasi dappertutto."