Il cancro è la seconda causa di morte negli Stati Uniti, fare presto, diagnosi e cure affidabili una priorità per i ricercatori. I biomarcatori genomici offrono un grande potenziale per la diagnostica e nuove forme di trattamento, come l'immunoterapia. Gli approcci miniaturizzati lab-on-chip sono i primi candidati per lo sviluppo di test e strumenti diagnostici praticabili perché sono piccoli, necessitano solo di volumi di prova limitati, e può essere conveniente.
Un team di scienziati e ingegneri dell'Università della California, La Santa Cruz e la Brigham Young University hanno sviluppato proprio un approccio del genere in grado di elaborare campioni biomolecolari dal sangue. Il loro metodo può analizzare e identificare più bersagli su una piattaforma di rilevamento molecolare a base di silicio ed è descritto questa settimana in Biomicrofluidica , da AIP Publishing.
Laboratory-on-a-chip descrive la miniaturizzazione delle funzioni di laboratorio come l'analisi del sangue su un chip. Invece di trasferire campioni relativamente grandi (da micro a millilitri) tra provette o utilizzare apparecchiature analitiche ingombranti, campioni e reagenti sono gestiti su dispositivi chip-scale con microcanali fluidici. Ciò richiede volumi di prova molto più piccoli, e più funzioni possono essere integrate su un unico dispositivo, migliorare la velocità, affidabilità e portabilità di questi processi di laboratorio.
"Il nostro approccio utilizza chip optofluidici in cui sia l'elaborazione dei fluidi che il rilevamento ottico vengono eseguiti su un chip, consentendo un'ulteriore miniaturizzazione e miglioramenti delle prestazioni del sistema di chip, " ha detto Holger Schmidt, un Narinder Kapany professore di ingegneria elettrica presso l'Università della California, Santa Cruz.
L'intero processo di test è stato una sfida per il team, guidato da Schmidt e Aaron Hawkins, professore di fisica alla Brigham Young University. Ciascuno dei chip doveva essere sviluppato e testato per molteplici funzioni, dal filtraggio delle cellule del sangue senza intasare il filtro all'analisi affidabile dei dati ottici per creare i giusti schemi di eccitazione sul chip di silicio. Però, il processo ha funzionato come previsto, e il team è stato piacevolmente sorpreso di vedere quanto fosse effettivamente potente il metodo di eccitazione ottica multi-spot.
Il prossimo passo per realizzare il potenziale di questa ricerca è spostarsi verso campioni clinici reali e rilevare i singoli biomarcatori del DNA.
"Abbiamo mostrato l'analisi dell'acido nucleico singolo nel contesto del rilevamento dell'Ebola su chip e vorremmo trasferirlo a questa applicazione, ", ha detto Schmidt.
Altri obiettivi per il team includono l'aumento della velocità del processo di analisi, e integrando più elementi ottici sul chip. Vogliono anche espandere le loro capacità per analizzare i biomarcatori proteici oltre agli acidi nucleici e alle particelle virali intere già dimostrate.
Questa ricerca dovrebbe avere una vasta gamma di applicazioni perché il principio alla base di questo tipo di analisi e manipolazione ottica su chip è molto generale.
"Nel breve termine, speriamo di costruire nuovi strumenti diagnostici per la diagnostica molecolare con applicazioni in oncologia e rilevamento di malattie infettive, sia virus che batteri (resistenti ai farmaci), " ha detto Schmidt. "Inoltre, questi chip potrebbero essere molto utili per la ricerca fondamentale in biologia molecolare e altre scienze della vita poiché possono fornire analisi di singole nano e microparticelle senza la necessità di apparecchiature costose. E richiedono una quantità relativamente bassa di abilità sperimentali".
