Überwachung von HIV auf einem billigen Chip

Die Messung der Viruslast oder der HIV-Konzentration im Blutkreislauf ist eine der Techniken, mit denen Ärzte die Wirksamkeit von HIV-Behandlungen überwachen. Ein Anstieg der Viruslast kann eine Warnung vor einem Medikamentenversagen oder einer Medikamentenresistenz sein und möglicherweise darauf hinweisen, dass der Patient auf ein anderes Medikament umgestellt werden sollte. In ressourcenarmen Umgebungen ist eine solche Überwachung jedoch untragbar teuer und geräteintensiv. Ein neuer Mikrofluidik-Chip, entwickelt vom Labor von Rustem Ismagilov am Caltech könnte es möglich machen, die Viruslast bei HIV und anderen Virusinfektionen kostengünstiger und einfacher zu überwachen, und die Technik könnte auch für andere Arten von Gentests nützlich sein.

Rutschen und rutschen: Das hier gezeigte mikrofluidische Gerät, SlipChip genannt, enthält zwei Objektträger, die mit Vertiefungen unterschiedlichen Volumens bedruckt sind, wodurch Moleküle in einem breiten Konzentrationsbereich gemessen werden können. Hier werden mit einem Chip fünf verschiedene Proben analysiert, die durch unterschiedliche Farben dargestellt werden.

Die Viruslast wird oft mit PCR gemessen, einem Standardlaborwerkzeug, das die DNA oder RNA in einer Probe viele Male kopiert. Ein neuerer Ansatz, der als digitale PCR bezeichnet wird, ermöglicht viel genauere Zählungen. Mittels Mikrofluidik wird die Probe zunächst auf eine Vielzahl winziger Wells aufgeteilt, sodass in jedem Well wahrscheinlich nicht mehr als ein Molekül Platz findet. Wenn die Moleküle dann amplifiziert werden, ist das Ergebnis ein einfaches Ja-oder-Nein-Signal für jede Vertiefung.



Der Flaschenhals dieser Methoden entsteht, wenn Sie eine Messung mit einem großen Dynamikbereich benötigen, sagt Ismagilov. Die Viruslast von HIV kann beispielsweise zwischen 50 und einer Million Moleküle pro Milliliter liegen. Ein Test, um es zu messen, muss in der Lage sein, eine große Anzahl von Molekülen zu handhaben, aber dennoch empfindlich genug sein, um seltene Moleküle zu zählen. Normalerweise erfordert das Erreichen einer solchen Empfindlichkeit das Verdünnen einer Probe und das Verteilen über immer mehr Vertiefungen, um sicherzustellen, dass sich nicht mehr als ein Molekül in jeder Vertiefung befindet. Ismagilov sagt, dass die Analyse einer so großen Anzahl von Bohrlöchern mühsam sein kann. Gleichzeitig kann die Probe nicht so dünn verteilt werden, dass knappe Moleküle übersehen werden.

Ismagilov und seine Labormitarbeiter haben sich einen Trick ausgedacht, um dieses Dilemma zu lösen: Teilen Sie die Probe in eine Reihe unterschiedlich großer Vertiefungen auf, die kalibriert sind, um Moleküle in unterschiedlichen Konzentrationen zu erkennen, die zusammen berechnet werden können. Jedes Volumen sei für einen bestimmten Konzentrationsbereich empfindlich, sagt er. Zusammen bieten diese Bände mehr Informationen als jeder einzelne Bände.

Die Technik basiert auf dem SlipChip, einem einfachen mikrofluidischen Gerät, das von Ismagilov entwickelt wurde. Zwei überlappende Objektträger aus Glas oder Kunststoff können mit einer Flüssigkeitsprobe injiziert und dann leicht gedreht werden, um die Flüssigkeit in die Vertiefungen zu trennen. Durch die Rotation können auch bestimmte Brunnen in Kontakt gebracht werden, sodass chemische Reaktionen durchgeführt werden können.

In zwei neueren Veröffentlichungen in Analytische Chemie und das Zeitschrift der American Chemical Society , Ismagilov und seine Kollegen beschreiben die Mathematik des Designs und seine Anwendung beim Testen der Viruslast sowohl bei HIV als auch bei Hepatitis C. Die Chips können so gestaltet werden, dass sie mehrere Tests durchführen oder mehrere Proben messen, was laut Ismagilov zu ihrer Flexibilität beiträgt. Derzeit werden andere Geräte für andere Phasen der PCR-Vorbereitung und -Analyse benötigt, aber das ultimative Ziel der Forscher ist es, dass ein Chip alle diese Schritte übernimmt.

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