По словам Рона Дэвиса, доктора философии, профессора биохимии и генетики и директора департамента при себестоимости производства всего 1 цент на чип, новая технология может возвестить революцию в медицинской диагностике, подобную той, которая была вызвана дешевым секвенированием генома. Стэнфордский технологический центр генома.Исследование с описанием технологии будет опубликовано 6 февраля в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Дэвис — старший автор.
Ведущий автор — Рахим Эсфандьярпур, доктор философии, научный сотрудник центра генома.Недорогая технология «лаборатория на кристалле» может расширить диагностические возможности во всем мире, особенно в развивающихся странах. Из-за ограниченного доступа к ранней диагностике выживаемость пациентов с раком груди составляет всего 40 процентов в странах с низким уровнем доходов — вдвое меньше, чем у таких пациентов в развитых странах.
Другие смертельные заболевания, такие как малярия, туберкулез и ВИЧ, также имеют высокую заболеваемость и неблагоприятные исходы для пациентов в развивающихся странах. Улучшенный доступ к дешевой диагностике может помочь решить эту проблему, тем более что большая часть такого оборудования стоит тысячи долларов.«Возможность раннего выявления заболеваний — одна из самых больших возможностей для разработки эффективных методов лечения», — сказал Эсфандьярпур. «Может быть, 1 доллар в США не имеет большого значения, но где-то в развивающихся странах это большие деньги».
Двухкомпонентная системаСочетание микрофлюидики, электроники и технологии струйной печати, лаборатория на кристалле представляет собой систему, состоящую из двух частей. Первый — это прозрачная силиконовая микрофлюидная камера для размещения ячеек и многоразовой электронной полоски. Вторая часть представляет собой обычный струйный принтер, который можно использовать для печати электронной полосы на гибком листе полиэстера с использованием имеющихся в продаже проводящих чернил с наночастицами.
«Мы разработали его, чтобы исключить необходимость в чистых помещениях и обученном персонале для изготовления такого устройства», — сказал Эсфандьярпур, инженер-электрик по образованию. По его словам, один чип можно изготовить примерно за 20 минут.Разработанная как многофункциональная платформа, одно из ее приложений заключается в том, что она позволяет пользователям анализировать различные типы клеток без использования флуоресцентных или магнитных меток, которые обычно требуются для отслеживания клеток. Вместо этого чип разделяет клетки на основе их внутренних электрических свойств: когда электрический потенциал прикладывается к полосе, напечатанной струйной печатью, клетки, загруженные в микрофлюидную камеру, тянутся в разных направлениях в зависимости от их «поляризуемости» в процессе, называемом диэлектрофорезом.
Этот метод анализа клеток без использования этикеток значительно повышает точность и сокращает длительные процессы этикетирования.Инструмент предназначен для работы с образцами небольшого объема для различных анализов. Исследователи показали, что устройство может помочь захватывать отдельные клетки из смеси, выделять редкие клетки и подсчитывать клетки на основе типов клеток. Стоимость этих многофункциональных биочипов на порядки ниже, чем у отдельных технологий, которые выполняют каждую из этих функций.
Например, автономный проточный цитометр, который используется для сортировки и подсчета клеток, стоит 100 000 долларов без учета эксплуатационных расходов.Возможность демократизации диагностики«На самом деле мотивация заключалась в том, как экспортировать технологии и как снизить стоимость вещей», — сказал Дэвис.
По словам Дэвиса, низкая стоимость чипов может демократизировать диагностику, подобно тому, как дешевое секвенирование произвело революцию в здравоохранении и персонализированной медицине. Недорогая технология секвенирования позволяет врачам секвенировать ДНК опухоли для выявления конкретных мутаций и рекомендовать индивидуальные планы лечения.
Точно так же лаборатория на чипе имеет потенциал для ранней диагностики рака путем обнаружения опухолевых клеток, циркулирующих в кровотоке. «Проект генома изменил методы работы очень многих лекарств, и мы хотим продолжить это с помощью всех видов других технологий, которые просто действительно недороги и доступны», — сказал Дэвис.Эта технология может не только улучшить здравоохранение, но и ускорить фундаментальные и прикладные исследования. По словам Эсфандьярпура, это позволит ученым и клиницистам потенциально анализировать больше клеток за более короткие периоды времени, манипулировать стволовыми клетками для достижения эффективного переноса генов и разрабатывать рентабельные способы диагностики заболеваний.
Команда надеется, что этот чип изменит то, как люди используют инструменты в лаборатории. «Я почти уверен, что это откроет окно для исследователей, потому что это значительно облегчит им жизнь — просто распечатайте его и используйте», — сказал он.Работа является примером того, как Стэнфордская медицина уделяет особое внимание точному здоровью, цель которого — предвидеть и предотвращать заболевания у здоровых, а также точно диагностировать и лечить болезни у больных.