Stop et laboratorium med laboranter, reagensglas og analyseudstyr ned på en chip, der ikke er større et par centimeter, så har du en såkaldt
lab-on-a-chip
.Fænomenet med at nedskalere processer, der normalt foregår i et laboratorium med finurlige apparater og hvidkitlede damer er ikke helt nyt.
Men et dansk forskningsteam fra NaBIS gruppen på DTU Nanotech og Wilhelm Johannsen Center for Funktionel Genomforskning, Københavns Universitet, kan nu mere end det. De kan samle alle de mange trin en blodprøve skal igennem i et enkelt fuldautomatisk system. Og så på en skala, man ikke lige kan se med det blotte øje.
Tidligere skulle en patients blodprøve først en tur til Holland, så forbi et dansk hospital og derefter slutte sin rejse på Københavns Universitet. Det gjorde ventetiden lang - og behandlingen af prøven dyr. Med den nye chip skal en lille blodprøve taget hos egen læge sættes på chippen direkte og svaret - på en mulig kræftdiagnose - kommer ud i den anden ende af chippen efter få dage.
Udnyttelse af computerchip-teknologi
»Vi er eksperter i at udvikle og designe strukturer på så lille en skala, at hele behandlingen og analysen af blodprøven kan klemmes ned i chip-format«, forklarer ph.d. studerende Jacob Moresco Lange fra NaBIS gruppen på DTU Nanotech.
»Vi udnytter simpelthen computerchip-teknologien - deraf navnet«.
På DTU har de faciliteterne, der gør det muligt at arbejde på nano- og mikroskala. Alt udviklingsarbejde forgår i renrum, der ved konstant luftfiltrering og brug af dragter uden på tøjet, forhindrer selv de mindste støvkorn i at forstyrre arbejdsprocesserne.
På udkig efter translokationer
Svaret, den lille chip kan give, er, om der er mutationer at finde i ens kromosomer. Mutationer af dens slags, der kaldes translokationer, og som har vist sig at bidrage til omkring 70 procent af de kræfttilfælde, der findes som leukæmi, lymfekræft og prostatakræft.
»Translokationer er genetiske ændringer på kromosomerne, som er opstået, fordi en lille del af et kromosom er flyttet over på et andet kromosom - der er altså ikke gået noget genetisk materiale tabt, men der er sket strukturelle ændringer«, forklarer Jacob M. Lange.
Pakning af DNA
For at finde translokationerne er det afgørende at kunne kigge nærmere på de enkelte kromosomer, deres størrelser og overflader. I det store tværfaglige forskningsprojekt er der ansat en række ph.d. studerende, der hver har fået et lille hjørne af chip-prototypen - motherboarded - at boltre sig på. Jacob M. Lange er involveret i processen omkring at få DNA ´et til at pakke sig til kromosomer og fiksere dem.
»Blodet skal igennem mange processer, inden vi når frem til at kunne kigge på de enkelte kromosomer og med det trænede øje kunne finde området med translokationen. Min rolle er at stimulere cellen kemisk til at kondensere DNA´et - pakke det pænt sammen - til kromosomer, der er til at få øje på«.
Kondenseringen af DNA er det, der finder sted, når cellen skal til at dele sig. Forskerne har altså med andre ord udviklet et værktøj - i Jacobs hjørne af chippen, hvor cellen fastfryses inden den deler sig, og hvor kromosomerne er 'tykke' og nemme at analysere.
Analysen bruges til diagnosticering
Chippen vil når den er helt færdigudviklet om ca. fem år kunne bruges til at diagnosticere forskellige kræftformer. Former som man i nogle tilfælde har en medicinsk behandling til. Den rette cocktail af kemoterapi.
»Analysen vil blive brugt mest til patienter, der har syndromer, for eksempel ryster, og hvor man kan have en mistanke om, at det er en kromosomfejl, der er skyld i, at patienten ikke trives«, siger Jacob M. Lange. »
Og så kan man selvfølgelig også bruge den i fosterdiagnostik, fordi analysen kun kræver et ganske lille blodvolumen«.
Et transportabelt laboratorium
En blodcelle-tæller eksisterer allerede på markedet og fungerer som et lille transportabelt laboratorium. Den kan bruges til at analysere den kræft-ramtes blod for antallet af hvide og røde blodlegemer eller glukoseindholdet hos diabetikeren. Fordelene ved de nye mikrolaboratorier er, at de sparer tid og giver hurtige svar, som medvirker til at kunne sætte hurtigt ind med den rette behandling.
»Der forskes i stor stil i dag i det at tage noget, som forskerne laver i det traditionelle laboratorium til hverdag og forsøge at komprimere det - at bringe processerne ned på mikro- og nanoskala, for at spare reagenser, energi, tid og penge«, slutter Jacob M. Lange.
\ Begreberne bag
DNA (Deoxyribonukleinsyre): er en nukleinsyre, der indeholder de genetiske instruktioner, der indgår i udviklingen og opretholdelsen af alle kendte levende organismer og nogle virus. DNA-molekylerne udgør arvemassen (også kaldet genomet) med alle dens gener (arveanlæg) og det fastlægger den enkelte organismes karakteristika og funktioner.
Metafasen: Når cellen skal lave en almindelig celledeling eller vækstdeling (ukønnet formering) kaldes processen en mitose. Mitosen kan opdeles i en række faser. En af dem kaldes metafasen og det er i det stadie at DNA´et bla. går fra at ligne et sammenfiltret garnnøgle, til at blive fortykkede (kondenserede) kromosomer således man i et mikroskop tydeligt kan se hver enkelt af de i alt 46 kromosomer menneskets celler indeholder.
Mutationer: En mutation er en forandring i cellens kromosomer i et individ. Der findes en række forskellige variationer af mutationer. Mutationer kan have en synlig/mærkbar effekt, men der findes også mutationer, der ikke nødvendigvis ændrer noget hos det pågældende individ.
Hvide og røde blodlegemer: De røde (erytrocytter) er skiveformede kerneløse celler, som indeholder hæmoglobin der transporterer ilt fra lungerne og ud til alle væv og bidrager til transporten af CO2 væk fra vævene. De hvide (leukocytter) er involveret i kroppens immunforsvar og indeholder en kerne med DNA. Det er de hvide blodlegemer, der kigges på, når forskerne skal finde frem til translokationer i vores DNA.
