Met magnetische bolletjes kan Philips zelfs enkele picomollen biomarkers in bloed of speeksel aantonen. Dankzij deze draagbare tests zijn hartaanvallen aan te tonen en drugsgebruikers op te sporen. ‘De markt hiervoor wordt groot en divers.’

Ongeveer zoals diabetespatiënten die het glucosegehalte in hun bloed bepalen met een eenvoudige test, zo moet ook de hartpatiënt zichzelf kunnen controleren op een hartinfarct. Het verschil is alleen dat glucose in concentraties van millimollen per liter in het bloed zit, terwijl biomarkers voor hartinfarcten – zoals troponine – in concentraties van picomollen voorkomen. Nu worden deze biomarkers daarom nog in het ziekenhuislaboratorium bepaald met grote, robotgestuurde detectieapparaten. Nieuwe technologie van Philips moet daar verandering in brengen, zodat de cardioloog vroegtijdig op de hoogte is te brengen van eventuele schade en het stadium waarin het infarct zich bevindt.

“Laboratoria proberen al jaren het detecteren van eiwitten te miniaturiseren”, vertelt Menno Prins, die bij Philips deze minilabs onderzoekt. “Dat is echter heel lastig als je de bestaande processtappen met hun vele vloeistofwisselingen blijft nabootsen, zoals het invangen van moleculen met antilichamen, het wegwassen van overtollig vloeistof en het laten binden van gelabelde antilichamen. Wij hebben gekeken hoe we het ontwerp integraal konden veranderen, zodat de test beter is te miniaturiseren.”

Concentreren

5 jaar geleden kwamen de Philips­onderzoekers op het idee om de antilichamen voor het te detecteren eiwit aan magnetische bolletjes te hangen, in plaats van aan de veelgebruikte fluorescerende deeltjes. Die bolletjes bestaan uit kleine korreltjes van het magnetische ijzeroxide met daaromheen een polymere matrix, waar je de antilichamen aan kunt bevestigen.

Magnetische bolletjes gebruiken om de eiwitten magnetisch te detecteren, was al wel eerder voorgesteld, maar nieuw was het idee om met elektromagneten ook de eiwitten op een oppervlak te concentreren. Daarvoor richt je de magnetische kracht eerst zo dat alle magnetische bolletjes naar het sensoroppervlak gaan, dus ook de ‘lege’. De bolletjes die een eiwit hebben gebonden, hechten zich vervolgens via dat eiwit aan een tweede antilichaam op het sensoroppervlak. Richt je het magneetveld daarna de andere kant op, dan spoelen de lege bolletjes weg en kun je de hoeveelheid achtergebleven bolletjes met troponine eraan bepalen door de intensiteit te meten van een terugkaatsende lichtstraal.

Politie

Het zal nog wel een paar jaar duren voor de troponinetest bij de huisartsen ligt, maar dit jaar hoopt Philips wel al de eerste magnetische biosensor te kunnen verkopen aan politiekorpsen, voor de detectie van morfine, cocaïne en marihuana. Agenten hoeven daarvoor alleen een druppeltje speeksel in een cartridge te stoppen, deze een paar minuten in een draagbaar apparaatje dat de magnetische velden genereert te steken, en ze weten of een automobilist onder invloed is van drugs.

Intussen onderzoeken ook steeds meer andere bedrijven en instituten magnetische biosensoren. Zo ontwikkelt IMEC in Leuven nu tests voor patiënten met bloedvergiftiging en met kanker. Hun biosensoren werken op ongeveer dezelfde manier als die van Philips, behalve op het punt van de detectie. De hoeveelheid magnetische bolletjes op het oppervlak wordt namelijk niet optisch gemeten, maar magnetisch, door te kijken naar de verstoring van het magnetisch veld door de achtergebleven bolletjes. Deze detectie is volgens Tim Stakenborg, hoofd van het laboratorium voor biosensoren, tenminste zo goed of misschien zelfs beter dan detectie via terugkaatsend licht.

De IMEC­test is echter nog wel te duur voor gebruik in wegwerpcartridges. Stakenborg schat in dat het instituut pas over 3 jaar een marktonderzoek kan gaan doen. Via spin­offs, of via bedrijven, zouden dan ook de Leuvense tests de weg naar artsen of apotheken kunnen vinden. Volgens de onderzoeker is de markt groot en divers genoeg voor meerdere producenten. “Het voordeel van er later mee komen, is dat de tests dan al beter zijn geaccepteerd, en dat er wetgeving is.”

Labelvrij

Bij de Universiteit Twente zijn ze al bezig met nog geavanceerdere minilabs, waarbij fluorescente en magnetische labels helemaal niet meer nodig zijn, vertelt Richard Schasfoort, hoofd van het laboratorium voor biochips. De antilichamen worden daarbij rechtstreeks op een goudoppervlak aangebracht. Wanneer de te detecteren eiwitten aan die antilichamen binden, verdringen ze watermoleculen, wat de brekingsindex van op goud invallend licht verandert. Schasfoort: “Op een goudoppervlak in een chip kunnen we nu al 120 spotjes met verschillende antilichamen brengen, zodat je ook 120 verschillende eiwitten tegelijkertijd kunt meten. Daarmee kun je bovendien realtime volgen hoe snel de eiwitten aan de antilichamen op het goudoppervlak binden.”

Betekent dat het einde van de magnetische labels van Philips? Hoewel Twente al bezig is met de ontwikkeling van een labelvrije test voor de detectie van reuma, is de techniek nog lang niet rijp voor draagbare tests. De optische uitlezing van de eiwitten en de robot voor het injecteren van de patiëntensera zijn namelijk nog niet geminiaturiseerd, vertelt Schasfoort. Maar dat is volgens hem een kwestie van tijd.

Dat sommige universiteiten aan even gevoelige of misschien zelfs gevoeliger lab­on­a­chips werken wil Prins best erkennen. “Maar de detectiemethode moet wel geïntegreerd kunnen worden in goedkope cartridges en agenten of huisartsen moeten niet eerst hoeven schudden, filtreren of mengen. Universiteiten letten daar vaak minder op dan bedrijven.” De cartridges van Philips, vervaardigd van spuitgietplastic, voldoen hier volgens hem in ieder geval al wel aan en zijn ook al geschikt voor serieproductie.

Bron: C2W life sciences4, 7 maart 2009