Применение микрофлюидных чипов для диагностики генетических заболеваний

Технология чипов позволяет существенно упростить процедуру проведения анализа. В систему, основанную на движении малых объёмов жидкости в микрокапиллярах, могут быть заключены процессы, ранее требовавшие использования нескольких дорогостоящих приборов. Микрофлюидные системы изготавливают путём фотоотверждения прозрачных полимеров, фотолитографии, оттисков по имеющимся формам, протравливания каналов в полимерных носителях. Эти системы размером с предметное стекло микроскопа могут заключать в себе сложные реагенты для быстрого проведения различных диагностических исследований.

В идеале при использовании подобных технологий от врача, лаборанта или пациента требуется только внести материал, система выдаёт ответ сама. С другой стороны, некоторые типы исследований, проводимых на микрочипе, требуют подготовки материала, и в этих случаях микрофлюидная система может облегчить только проведение аналитического этапа исследования. Также более сложные микрофлюидные системы могут нуждаться в подключении к ёмкостям, трубкам и другим системам, обеспечивающим процессы, проходящие внутри них, так что до перехода на полностью независимые «лаборатории на чипе» пока ещё далеко.

Микрофлюидные каналы вмещают очень малые объёмы жидкости, поэтому и количество требуемого для исследования материала невелико. Реакции в малых объёмах протекают быстро, поэтому затраты времени на исследование тоже невелики.

Сеть капилляров может разделять образец на несколько аликвот, каждая из которых может исследоваться в той же системе на свой особый показатель. Сорбированные на стенках ферменты сохраняют активность при перевозке, что облегчает транспортировку систем. Такой метод подойдёт и для ферментов, которые используются в молекулярно-биологических исследованиях. Сложная система капилляров, в которые поступает жидкость извне, нагретая до различной температуры, может обеспечить температурные условия необходимые для таких методов, как ПЦР. В качестве альтернативы можно сорбировать в капиллярах реактивы для изотермической амплификации, тогда исследование можно проводить в более автономном режиме.

Одним из перспективных применений микрофлюидных систем является выявление циркулирующих опухолевых клеток в крови пациента. Такие клетки обладают теми же свойствами, что и клетки опухолевой ткани, но получить их, зачастую, гораздо проще, чем материал непосредственно из новообразования. Системы помогают подсчитать количество таких клеток (этот показатель имеет прогностическое значение) и могут даже выявить их генетические особенности, что может быть важно при выборе лечения. Вот как работает подобная система: на первом шаге в капилляре удаляются компоненты крови, мешающие исследованию, эритроциты, белки, прочие мелкие компоненты крови. На дальнейшее исследование идут только крупные клетки белой крови и циркулирующие опухолевые клетки. Затем в очень тонком канале клетки выстраиваются в ряд, и система выбирает только опухолевые клетки. Но это как раз тот случай, когда система не может обойтись без специального прибора, поэтому в данном случае принципиальными моментами являются именно полная автоматизация и высокая скорость исследования.

применение микрофлюидных чипов

«Лаборатории на чипах» — это всё ещё технология будущего, но появления первых систем для простых исследований следует ожидать в обозримом времени.

Amber Dance. The making of a medical microchip. Nature. 2017. V. 545, N.7655, pp. 511–514.

Все новости

ФБУН НИИ эпидемиологии
и микробиологии имени Пастера
Отдел новых технологий