In de jaren ’90 ontwikkelden onderzoekers de eerste microfluide systemen gebaseerd op microchips uit de elektronica voor toepassing in biologisch, chemisch en biomedisch onderzoek. Het eenvoudigste huidige microfluïdische apparaat bestaat uit microkanalen gegoten in een polymeer dat is gebonden aan een plat oppervlak (zoals een glasplaatje).

De microkanaaltjes zijn kleiner zijn dan een menselijke haar. Allerlei testen die eerder op grotere schaal plaatsvonden kunnen nu op microschaal gebeuren. Grote voordelen zijn dat er veel minder monster en reagentia nodig zijn en het oppervlak dat de interactie aangaat met de langskomende vloeistof veel groter is zodat er gemakkelijker iets uitgefilterd kan worden

Zaadanalyse

Segerink is hoogleraar biomedical microdevices aan de Universiteit Twente en ontwikkelde tijdens haar promotie-onderzoek een sneltest voor zaadanalyse, waarmee de kwaliteit en hoeveelheid van humane zaadcellen te bepalen zijn. De vraag kwam vanuit de fertiliteitskliniek van een ziekenhuis. De zaadanalyse gebeurde tot dan toe vrij subjectief door onder een microscoop naar zaadcellen te kijken. Door een specifieke chip te ontwikkelen zou de analyse objectiever en sneller kunnen. Segerink: ‘Het ontwikkelen van de chip is gelukt en er was ook veel belangstelling vanuit de media. Helaas zijn we er toen niet verder mee gegaan. Ik wilde het liefst onderzoek blijven doen aan de universiteit. Het starten van een eigen bedrijf is er daarom niet van gekomen.’

Het onderzoek op het gebied van vruchtbaarheid loopt overigens wel door. Een PhD student van Segerink werkt nu aan een chip waarmee de juiste zaadcellen te selecteren zijn ten behoeve van IVF-behandeling en ICSI. ‘Tot nu toe gebeurt dat dus nog steeds door iemand die door de microscoop kijkt en de “juiste” cellen selecteert. Dat zou beter en objectiever kunnen, vindt Segerink. ’Maar het lastige is wel om dit soort vindingen vertaald te krijgen naar het ziekenhuis zodat het daar ook gemakkelijk gebruikt gaat worden. In de veterinaire industrie zijn ze ook heel erg geïnteresseerd. Bij varkens bijvoorbeeld is een goed zaadsample heel belangrijk omdat dit meer biggetjes oplevert, dus uiteindelijk voor de boer een hogere opbrengst. Met de analyse van humane zaadcellen zit je totaal aan het andere eind van het spectrum. Menselijk zaad is per definitie al slecht gevormd. Echter 4 of 5 procent normale cellen is al genoeg voor verdere behandeling. Varkenszaad is meestal goed maar moet echt meer dan 80 procent goed zijn voor veel nageslacht. Dus daarbij denk je meer aan wegfilteren van de slechte cellen en dat is een andere vraagstelling.’

Kankerdiagnostiek

Een andere belangrijke toepassing waar Segerink aan werkt is vroege kankerdiagnostiek. Ze werkt daarvoor samen met met pathologen, urologen en gynaecologen van de Universiteit van Amsterdam. ‘Zij weten naar welke biomarkers je moet kijken om een bepaald type kanker op te sporen en ik maak dan uiteindelijk een biomarker-on-a-chip die kankercellen kan opsporen.’ In zo’n chip zitten antilichamen die de specifieke biomarkers van de kanker herkennen en uit langsstromend bloed de kankercellen oppikken. Die biomarkers kunnen eiwitten zijn maar ook DNA en soms kijk je in bloed en soms in urine, dus daar moet de chip op aangepast worden. Soms wil men meerdere biomarkers tegelijk testen omdat dit een completer ziektebeeld oplevert. Dit kan ook maar vormt wel een grotere uitdaging. Het lastige is om de chip zodanig te maken dat hij echt doet wat hij moet doen en 100 procent betrouwbaar is, in eerste instantie om te gebruiken in het ziekenhuis en uiteindelijk als thuistest.

Bloed-hersenbarrière

Nog een toepassing waar Segerink aan werkt is organ-on-a-chip. ‘Hiermee probeer je een orgaan na te bootsen op een chip en kan je onderzoek doen aan het orgaan. Momenteel zijn we bezig met het namaken van de bloed-hersenbarrière op een chip. We doen dat in samenwerking met het Prinses Maxima Centrum voor kinderoncologie in Utrecht. De bloed- hersenbarrière houdt normaliter allerlei stoffen tegen en dus ook medicijnen die nuttig zijn bij hersentumoren. Bij het centrum hebben ze nu een apparaat waarbij je de bloed-hersenbarrière tijdelijk open kunt zetten door middel van focus-ultrasound, maar ze weten eigenlijk niet hoe het werkt. Om dat te onderzoeken maken wij de bloed-hersenbarrière op een chip. Resultaten uit dit onderzoek kunnen uiteindelijk leiden tot betere toediening van medicatie naar de hersenen.’