JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.
Annonsera Utgivningsplan Månadsmagasinet Prenumerera Konsultguide Om oss  About / Advertise
Engångschips och mätinstrument lika bra som labb, skriver Kristina Reimhult och Jan Wipenmyr på forskningsinstitutet Imego
Kristina Reimhult har en civilingenjörsexamen i teknisk biologi från Linköpings Tekniska Högskola. Hon arbetar sedan 2001 inom gruppen för bio- och kemiska sensorer på Imego.
Jan Wipenmyr har en civilingenjörsexamen i teknisk fysik från Chalmers. Jan anslöt till Imego våren 1999 och arbetar i fotonikgruppen.
Många sjukdomar måste upptäckas på ett tidigt stadium för att de ska kunna bromsas och botas effektivt. En metod för att lyckas med det är att analysera blodprover, och det läggs mycket resurser på att upptäcka fler blodburna sjukdomsmarkörer.

Utvecklingen av användarvänliga patientnära instrument som ger snabba testresultat innebär att det går att utföra screeningtester till en låg kostnad på läkarmottagningarna. Det blir dessutom enkelt att övervaka sjukdomsförlopp och hur patienten reagerar på en behandling. Med testresultaten tillgängliga inom 15 minuter behövs inga återbesök för att informera patienten. Tidig diagnos innebär en stor samhällsekonomisk vinst och bidrar till en förbättrad livskvalitet för patienten då dennes behandling blir mycket skonsammare.
 SME-programmet

Detta projekt har utförts i ett samarbete mellan CanAg Diagnostik och Imego. Från Imegos sida har projektet hanterats småföretagarprogrammet. Det innebär att Imego investerar i projektet mot en framtida återbäring i form av royaltyersättning. Programmet finns beskrivet på Imegos hemsida, www.imego.com.

Forskningsinstitutet Imego och CanAg Diagnostics utvecklar sedan några år tillbaka tillsammans en ny teknikplattform för patientnära analyser. CanAg Diagnostics är ett Göteborgsbaserat bioteknikföretag som utvecklar analysinstrument och reagenter för cancersjukdomar. Företaget har funnits i över 20 år och har 27 anställda.

Vi använder prostataspecifikt antigen (PSA) som modellanalyt, men plattformen kan ändras för detektering av andra serumburna sjukdomsmarkörer, till exempel andra cancer- eller allergenmarkörer, och dessutom för detektering av flera analyter. Konceptet baseras på ett analysinstrument för kvantitativ detektering och engångschip som innehåller bioreagenserna.

I dag finns det en fungerande demonstrator av instrumentet, det vill säga en prototyp med all funktionalitet men inte utformad som instrumentet är tänkt att se ut i sin slutliga form. Dessutom finns ett koncept på hur engångschipset skall se ut, där flertalet av dess funktioner är testade med hjälp av maskintillverkade chipsprototyper. Ingen sprutformad prototyp är dock framtaget av chipset.

Ett kemikoncept är också framtaget, där en del optimeringsarbete återstår för att få assayn att fungera optimalt.

Principen för detektering av blodburna markörer för prostatacancer (prostataspecifikt antigen, PSA) är en sandwich assay teknik (se bild 2). Patientens serumprov appliceras i ett engångschips, stort som ett kreditkort, i vilken assayn utförs. En mer utförlig beskrivning av chipsets funktion finns nedan.

Reaktionen sker i en avgränsad kavitet på analyschipet. Kaviteten är belagd med en fångande antikropp specifik för PSA (antikropp 1). Om det finns PSA-antigener i patientens serumprov binds dessa till antikropparna på kavitetens väggar. Kaviteten innehåller även fluorescerande partiklar belagda med en annan PSA-specifik antikropp (antikropp 2). Dessa binder till PSA-antigenerna, som i sin tur är bundna till antikropp 1, och tillsammans utgör dessa ett ytbundet komplex. All överskottsreagens sköljs bort, kaviteten belyses med laserljus och fluorescensintensiteten hos det ytbundna PSA-komplexet fastställs. Ljusintensiteten är proportionell mot antalet bundna fluorescerande partiklar och därmed mot koncentrationen av prostataantigen i det undersökta provet.

Resultatet av en mätning visas i bild 3. Den detektionsgräns som nås ligger under 0,1 ng/ml PSA, vilket visar att systemet är tillräckligt känsligt för att mäta kliniskt relevanta PSA-nivåer. Digrammet visar att beroendet fluorescenssignal som funktion av PSA-koncentration inte är linjärt vid höga PSA-koncentrationer. Detta beror på partiklarnas relativt stora storlek. Genom att tillsätta 60 ng/ml PSA i kaviteten blir avståndet mellan ytbundna PSA-molekyler litet jämfört med storleken på partiklarna. En mikrometerstor FluoSphere-partikel som binder till en yta exponerad mot 60 ng/mL PSA täcker flera bundna PSA-molekyler, vilket gör att de döljs för andra partiklar. Detta är förklaringen till det icke-linjära sambandet. En högre PSA-koncentration gör inte att fler partiklar binder till ytan när mättnadsnivån nås; den gör bara att en partikel täcker fler PSA-molekyler.

Instrument och engångschips

Vårt koncept för patientnära mätningar innehåller två delar: ett mätinstrument och ett engångschips. Samtidigt som mätnoggrannheten måste motsvara den som erhålls på laboratorium krävs att både instrument och chips är enkla att använda - det är avgörande för det patientnära konceptet. Samtidigt måste också produktionskostnaderna vara tillräckligt låga för att göra mätningarna lönsamma.

Instrumentet utför hela mätproceduren, vilket innebär att det styr och kontrollerar förflyttningarna av alla vätskor under analysproceduren, förflyttar engångschipset till rätt positioner, utför fluorescensmätningarna, beräknar och presenterar resultatet. Därtill kommer ett antal ytterligare krav som att vara mekaniskt robust och ljustätt, kunna kommunicera både med användaren, chipset och med dator, ha inbyggd felhantering samt, sist men inte minst ha en funktionell och attraktiv design.

Det enda användaren behöver göra är att tillsätta några droppar av patientens serumprov till engångschipet och därefter sätta chipset i instrumentet. Efter registrering av patientuppgifter startas mätningen via startknappen. Därefter styr instrumentet hela assayn, vilken tar ungefär 10 minuter. Därefter utförs mätningarna av fluorescenssignalen från de tre detektionskaviteterna och mängden PSA beräknas och visas på instrumentets skärm. Slutligen skickas chipset ut ur instrumentet varvid användaren slänger detta.

Engångschipsens utförande och funktion är nyckelfaktorer i det patientnära konceptet. Chipset är något större än ett kreditkort och ca 5-6 mm tjockt. Inuti chipset finns ett antal kaviteter som är sammanbundna med kanaler. De viktigaste kaviteterna är detektionskaviteterna, kaviteten som definierar provets volym, kaviteterna för överskottsvätskor och kaviteten som innehåller buffert.

Det finns tre detektionskaviteter: en används för patientprovet medan de övriga två används för kalibreringsmätningar. De bildar en referens på chipet som möjliggör kvantitativ bestämning av provanalyten. Tvåpunktskalibreringen av signalen utförs automatisk med hjälp av kemikalier på chipset.

Alla tre detektionskaviteterna är belagda med den fångande antikroppen. Den detekterande antikroppen - inbundna på fluorescerande-partiklar - och buffertlösningen som används för sköljning hör också till kemikalierna på chipset. Inga kemikalier förutom provet behöver därför tillsättas till chipset och inga kemikalier eller provrester lämnar chipset i något steg av mätproceduren. Inga kemikalier behöver därför hanteras och omfattningen av hanteringen av patientprovet minimeras.


MER LÄSNING:
 
 
Pappersmagasinet Nyhetsbrev
SENASTE KOMMENTARER
Kommentarer via Disqus

Vi gör Elektroniktidningen

Anne-Charlotte Sparrvik

Anne-Charlotte
Sparrvik

+46(0)734-171099 ac@etn.se
(sälj och marknads­föring)
Per Henricsson

Per
Henricsson
+46(0)734-171303 per@etn.se
(redaktion)

Anna Wennberg

Anna
Wennberg
+46(0)734-171311 anna@etn.se
(redaktion)

Jan Tångring

Jan
Tångring
+46(0)734-171309 jan@etn.se
(redaktion)