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Laboratorio su tampone
Immagina che sia scoppiata un'influenza pandemica in Asia. Un aereo che trasporta passeggeri esposti sta attraversando l'Oceano Pacifico verso Los Angeles. Uno di loro inizia a tossire, provocando una paura palpabile che si diffonde in tutta la cabina.
Agendo in modo rapido ed efficiente, un assistente di volo estrae un piccolo dispositivo dalla cappelliera, preleva un campione di gola dal passeggero malato e identifica il virus come l'influenza. All'atterraggio, tutti i viaggiatori vengono messi in quarantena e la diffusione dell'influenza viene contrastata.
È uno scenario che potrebbe diventare realtà in un futuro non troppo lontano, grazie a un gruppo di ricercatori che ha lavorato su come ricavare informazioni genetiche dal DNA umano in modo più efficiente.
Inoltre, se combinato con una rete wireless, potrebbe monitorare la diffusione dei ceppi influenzali in tutto il mondo.
Tutto è iniziato con un piccolo dispositivo e una grande idea.
Nel 1992, un gruppo multidisciplinare dell'Università del Michigan ha iniziato a sviluppare un dispositivo lab-on-a-chip, chiamato Genotyper, per ridurre i passaggi necessari per raccogliere informazioni genetiche dal DNA umano utilizzando metodi di microfabbricazione. (Vedi Notebook per il concetto lab-on-a-chip.)
Le informazioni derivate dal DNA possono essere utilizzate per testare qualsiasi cosa, dal fatto che un pollo sia sicuro da mangiare, all'origine di una macchia di sangue sulla scena del crimine o se un bambino ha il virus dell'influenza.
Dopo diversi anni di prototipazione, i ricercatori del Michigan hanno iniziato a discutere le potenziali applicazioni del dispositivo Genotyper, che ha le dimensioni di un telecomando TV.
I vantaggi sono che [il Genotyper] è molto portatile, afferma Ronald G. Larson, presidente del dipartimento di ingegneria chimica del Michigan. Sembrava l'ideale per eseguire la genomica in loco sui virus e l'influenza era un candidato logico.
Così hanno iniziato a costruire un dispositivo in grado di identificare rapidamente la composizione genetica del virus dell'influenza.
Poiché l'influenza è un virus a RNA, l'RNA deve essere prima convertito in DNA prima di poter essere amplificato sul chip. Nel processo, chiamato PCR (reazione a catena della polimerasi), vengono rilasciati enzimi che digeriscono, o tagliano, il DNA in determinati punti.
Il modo in cui il gene viene tagliato o non tagliato dipende dal gene dell'influenza che hai, dice Larson. I frammenti di DNA vengono quindi fatti passare attraverso un gel e colorati con etichette fluorescenti, consentendo agli scienziati di distinguere un ceppo influenzale da un altro o di stabilire se è emerso un nuovo ceppo.
Finora, il Genotyper è stato testato su geni umani, topi (una fonte comune per la ricerca di variazioni genetiche) e sul DNA di due ceppi di influenza.
Hai una sorta di microprocessore, o pezzo di hardware, dice il membro originale del gruppo Mark A. Burns, professore di ingegneria chimica e biomedica all'Università del Michigan. Quindi metti semplicemente su un software diverso, ma nel nostro caso lo chiameresti wetware, reagenti diversi, per fare test su cose diverse.
I ricercatori del Michigan non hanno eseguito il processo con un campione di gola perché devono risolvere il problema della purificazione (vedi Notebook). Finora, hanno preso il DNA pre-purificato e lo hanno genotipizzato.
Sebbene siano passati 36 anni dall'ultima pandemia di influenza mondiale nella popolazione umana, la minaccia di un'epidemia contemporanea è sempre presente. I recenti focolai di influenza aviaria sottolineano questa realtà. Inoltre, a causa della sua mutabilità genetica, rapida trasmissione e capacità di passare dall'animale all'uomo, la necessità di tracciare nuove varianti del virus dell'influenza è fondamentale. Secondo William A. Petri Jr., professore di medicina, microbiologia e patologia all'Università della Virginia, praticamente tutti gli esperti di influenza concordano sul fatto che si verificherà un'altra pandemia influenzale.
Come medico, Petri immagina che un giorno un dispositivo simile a Genotyper venga utilizzato per identificare rapidamente il tipo, il sottotipo o il ceppo del virus dell'influenza in un paziente, quindi un medico utilizza le informazioni per selezionare il farmaco appropriato.
Petri osserva che la maggior parte dei pazienti oggi aspetta due o tre giorni prima di visitare il medico. Se fossero in grado di diagnosticare se stessi a casa entro il periodo critico di 48 ore, potrebbero ottenere un trattamento più efficace e ridurre le possibilità di infettare gli altri.
In 15-20 anni, i ricercatori sperano che un paziente possa prelevare un tampone nasale o un campione di gola, metterlo sul chip Genotyper e autodiagnosticare la propria condizione a casa. Quindi i dati potrebbero essere inseriti in una rete wireless e le varianti dell'influenza mappate quartiere per quartiere, città per città o oltre.
Burns prevede una mezza dozzina di altri possibili usi per un tale dispositivo integrato di rilevamento genetico (vedi Notebook). Ma riconosce anche che esiste la possibilità che la tecnologia venga abusata. Assicurazioni sanitarie senza scrupoli o potenziali datori di lavoro, ad esempio, potrebbero intercettare informazioni sul patrimonio genetico di un individuo e discriminare gli assicurati o i dipendenti.
Ma quanto è fattibile un dispositivo diagnostico così rivoluzionario?
Far funzionare davvero una cosa del genere a livello commerciale implica molte cose, non solo tecnologiche, ma anche sociologiche, economiche, afferma Larson. Nonostante questi avvertimenti, tuttavia, pensa che potrebbe diventare prodotto in serie e poco costoso.
Quello che stiamo davvero cercando di fare è spingere il campo in avanti e concentrarci su quello che vediamo come un grande bisogno di tracciare i patogeni virali, dice Larson.