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Monitoraggio dell'HIV su un chip economico
La misurazione della carica virale, o concentrazione dell'HIV nel flusso sanguigno, è una delle tecniche che i medici utilizzano per monitorare l'efficacia dei trattamenti per l'HIV. Un picco nella carica virale può essere un avvertimento di fallimento del farmaco o resistenza ai farmaci, indicando forse che il paziente deve passare a un farmaco diverso. Ma in ambienti poveri di risorse, tale monitoraggio è proibitivo e pesante per l'attrezzatura. Un nuovo chip microfluidico progettato dal laboratorio di Rustem Ismagilov al Caltech potrebbe consentire di monitorare la carica virale nell'HIV e in altre infezioni virali in modo più economico e semplice, e la tecnica potrebbe essere utile anche per altri tipi di test genetici.
Scivolare e scorrere: Il dispositivo microfluidico mostrato qui, chiamato SlipChip, contiene due vetrini stampati con pozzetti di volume variabile, che consentono di misurare le molecole in un'ampia gamma di concentrazioni. Qui, un chip viene utilizzato per analizzare cinque diversi campioni, rappresentati da colori diversi.
La carica virale viene spesso misurata con la PCR, uno strumento di laboratorio standard che copia molte volte il DNA o l'RNA in un campione. Un approccio più recente, chiamato PCR digitale, consente di ottenere conteggi molto più precisi. Usando la microfluidica, il campione viene prima diviso in una moltitudine di piccoli pozzetti, in modo che ogni pozzetto possa contenere non più di una molecola. Quando le molecole vengono poi amplificate, il risultato è un semplice segnale sì o no per ciascun pozzetto.
Il collo di bottiglia di questi metodi si presenta quando è necessaria una misurazione con un'ampia gamma dinamica, afferma Ismagilov. La carica virale dell'HIV, ad esempio, può variare da 50 a un milione di molecole per millilitro. Un test per misurarlo deve essere in grado di gestire un gran numero di molecole, ma essere sufficientemente sensibile per contare le molecole rare. Normalmente, per ottenere tale sensibilità è necessario diluire un campione e distribuirlo su un numero sempre maggiore di pozzetti per garantire che non vi sia più di una molecola in ciascun pozzetto. Ismagilov afferma che un numero così elevato di pozzi può essere ingombrante da analizzare. Allo stesso tempo, il campione non può essere distribuito così sottile da perdere le scarse molecole.
Ismagilov e i membri del suo laboratorio hanno escogitato un trucco per gestire questo dilemma: dividere il campione in una serie di pozzetti di diverse dimensioni calibrati per rilevare molecole a diverse concentrazioni, che possono essere calcolate insieme. Ogni volume è sensibile a un particolare intervallo di concentrazione, afferma. Insieme, questi volumi forniscono più informazioni di qualsiasi volume singolarmente.
La tecnica si basa sullo SlipChip, un semplice dispositivo microfluidico sviluppato da Ismagilov. Due vetrini di vetro o plastica sovrapposti possono essere iniettati con un campione di fluido e quindi ruotati leggermente per separare il fluido nei pozzetti. La rotazione può anche mettere in contatto alcuni pozzi in modo da poter eseguire reazioni chimiche.
In due recenti articoli in Chimica analitica e il Giornale della Società Chimica Americana , Ismagilov e i suoi colleghi descrivono la matematica del design e la sua applicazione nel test della carica virale sia nell'HIV che nell'epatite C. I chip possono essere progettati per eseguire più test o misurare più campioni, il che, secondo Ismagilov, aggiunge alla loro flessibilità. Attualmente, sono necessari altri dispositivi per altre fasi della preparazione e dell'analisi della PCR, ma l'obiettivo finale dei ricercatori è che un chip gestisca tutti questi passaggi.