Helautomatisk helsebrikke gir sykdomssvar på to minutter

En ny helsebrikke, med et helautomatisk laboratorium, kan på få minutter si hva som feiler deg. Selv om brikken er svært avansert, skal den ikke koste mer enn fem kroner stykket.

SUPERRASK DIAGNOSE: Med den nye helsebrikken kan behandlingen starte langt raskere enn i dag, påpeker førsteamanuensis Liv Furuberg. Foto: Yngve Vogt

I dag må legene sende de fleste blodprøvene til et spesiallaboratorium for å kunne si hva som feiler deg. Det kan ta flere uker før du får svar. Om noen år kan du få diagnosen i løpet av få minutter på legekontoret. Det betyr at behandlingen kan starte langt raskere enn i dag.

Hemmeligheten er et nyutviklet helautomatisk helselaboratorium på størrelse med et kredittkort.

Helsebrikken kan undersøke deg for åtte sykdommer eller åtte ulike merkelapper, kalt molekylære biomarkører, for samme sykdom samtidig. Brikken kastes etter bruk.

– Helsebrikken kan sjekke ut sykdommer som skyldes bakterier, virus og enkelte krefttyper, forteller Liv Furuberg , førsteamanuensis ved Fysisk institutt på Universitetet i Oslo og sjefsforsker ved Mikro- og nanoteknologilaboratoriet (MiNaLab) på SINTEF.

Felles for alle disse sykdommene er at de lar seg påvise ved å lete etter spesielle biomarkører i blodprøven. Noen ganger er andelen av bestemte proteiner for høy. Andre ganger inneholder blodet DNA-sekvenser som ikke skal være der.

For å finne disse biomarkørene må dagens spesiallaboratorier gjøre en del omstendelige grep på blodprøven, slik som sentrifugering, varmebehandling, blanding med væsker og enzymer og oppkonsentrering av sykdomsmarkørene.

Denne prosessen er automatisert i helsebrikken. Selv om brikken ser enkel ut, inneholder den et nettverk av mikrokanaler og blandingsstoffer.

Brikken er generisk. Det vil si at brikkekonstruksjonen er lik for mange analyser. Blandingen av kjemikaliene og enzymene inne i brikken må tilpasses hver enkelt analyse. Det har bioteknologiselskapet NorChip på Hurumlandet ansvaret for. De hadde også ideen til selve brikken.

Legene kan se frem til oppfinnelsen. De trenger bare å sette helsebrikken inn i kortholderen på en liten maskin og tilsette noen dråper blod fra pasienten via et rør i kortholderen. Resten går av seg selv.

Automatikk

Først suges blodet inn i supertynne kanaler i brikken. Dette fungerer på samme måte som når væske stiger automatisk til værs i et kapillarrør. Legene bruker det samme prinsippet når de tar
blodprøve fra fingeren din. Når de har fått en dråpe blod ut av fingeren din, plasserer de det meget tynne røret på blodet. Så suges blodet automatisk opp.

Men forskerne støtte på et problem. Helsebrikken er laget av plast. Materialet har meget dårlige egenskaper. Blodet renner ikke inn som det skal. I tillegg blir proteiner hengende fast i plastveggen.

– Dette er uheldig hvis vi skal finne proteiner med meget lav konsentrasjon. Da kommer ikke proteinene frem til sensorområdet innerst i brikken.

Forskerne har derfor kledd innsiden av rørene med et nanolag biomolekyler, slik at blodet med proteinene glir videre inn uten å feste seg.

– Kunsten har vært å velge biomolekyler som ikke ødelegger den kjemiske analysen.

Blodet skal bare suges inn til angitte plasser. Da er man sikker på at bare en eksakt mengde blod blir blandet med enzymer og andre kjemikalier.

Forskerne løste dette med å bekle gitte punkter med teflon. Ettersom teflon frastøter vann, trekker blodet inn hit og ikke lenger.

Måler sykdomsstoffet

Konsentrasjonen av biomarkørene er som regel så lav at de ikke lar seg oppdage. Den eneste muligheten er å øke konsentrasjonen.

Når biomarkørene er en DNA-bit, kan man kopiere opp DNA-biten flere millioner ganger. Denne teknikken har vært kjent i 20 år.

Når biomarkørene er proteiner, blir det vanskeligere. Dessverre er det ikke mulig å kopiere opp proteiner. I noen tilfeller kan man gå omveien om mRNA, populært kalt for budbringer-RNA. mRNA er en kopi av DNA og brukes til å lage proteiner.

Akkurat som med DNA, er det mulig å kopiere opp mRNA til et så stort antall at en detektor kan oppdage dem.

Oppkopieringen krever enzymer. Én liter enzym kan koste like mye som et operabygg. Det er derfor svært besparende at helsebrikken ikke trenger mer enn noen få nanolitre av dette rådyre stoffet.

Supersvakt lys

Det er ikke nok å kopiere opp biomarkørene. Man trenger også teknikker for å lese av resultatene.

Forskerne ved MiNaLab har derfor utviklet en rekke teknikker for å kunne tolke resultatet på brikken.

Når biomarkørene er funnet, blir resultatene avlest i et optisk instrument. Det oppkopierte arvestoffet blir festet til hvert sitt fluorescerende molekyl. Disse molekylene sender ut et meget svakt lys.

Forskerne har også testet en annen teknikk. De har laget et mikroskopisk stupebrett med antistoffer, som har som oppgave å fange inn biomarkørene.

Stupebrettet er laget i silisium. Når biomarkøren lander på stupebrettet, vil det bøye seg. Den elektriske motstanden endrer seg. Stupebrettet vil da gi fra seg et elektrisk signal. Dette er både billigere og enklere å måle enn fluorescerende lys. Stupebrettet er måleinstrumentet og kan derfor puttes inn i mikrokanalene i helsebrikken.

– Selv om denne engangsbrikken vil koste noe mer, kan teknologien være grei å ha om du vil sjekke drikkevannet når du er på telttur eller når helsepersonell må stille raske diagnoser på den afrikanske landsbygda.

Gjennomsiktig speil

Som om dette ikke er nok, er forskerne også i gang med enda en detektorteknologi, i samarbeid med den norske professoren Olav Solgaard ved Stanford University.

Den nye sensoren vil bli så følsom at den teoretisk sett skal reagere selv om den bare finner én eneste sykdomsmarkør. Da slipper man oppkopieringen av biomarkørene.

Hemmeligheten er å legge inn et lite speil i helsebrikken. Det 180 nanometer tynne speilet skal bare være en kvadratmillimeter stort. Speilet blir pepret med 200 nanometer små hull. Speilet blir gjennomsiktig rundt hullene hvis de riktige biomarkørene fester seg.

– Før markørene har festet seg, reflekteres lys med en bestemt bølgelengde. Når biomarkørene fester seg, slippes lys med den bestemte bølgelengden igjennom. Dette lyset kan avleses med et vanlig kamera. Det spesielle speilet kalles for et fotonisk krystall.

Liv Furuberg regner med at en slik helsebrikke kan gi sykdomssvar på mindre enn ett minutt.

– Sannsynligvis vil det gå enda fortere.

Måler forurensning

Helsebrikken er ikke bare designet for blodprøver. Den kan analysere andre væsker, som spytt og urin. Brikken kan også brukes til å analysere forurensning.

– Tross den avanserte teknologien, blir den billig å masseprodusere. Fem kroner brikken er ikke et urealistisk beløp, mener Liv Furuberg.

Emneord: Medisinske fag, Klinisk medisinske fag, Allmennmedisin, Matematikk og naturvitenskap, Fysikk Av Yngve Vogt
Publisert 1. feb. 2012 11:43
Legg til kommentar

Logg inn for å kommentere

Ikke UiO- eller Feide-bruker?
Opprett en WebID-bruker for å kommentere