Laboratorium op een chip in de maak

,,Over een paar jaar zal een dokter in zijn praktijk met een biochip in staat zijn om een volledige bloedtest uit te voeren met één druppeltje bloed van een patiënt waarvan hij het gezondheidsprofiel wil bepalen”, stelde Kuenen afgelopen vrijdag in de aula. ,,Daarvoor is een chip nodig die door middel van ragfijne kanaaltjes en reservoirtjes in staat zal zijn om een mengsel te scheiden in enkelvoudige bestanddelen.”

Een chemielab op een chip dat nu al in de praktijk gebruikt wordt, werkt bijna net zoals een reageerbuis. ,,In feite worden er honderdduizenden reageerbuisjes op één enkel chip gezet die tienduizenden reacties simultaan kan uitvoeren.” Om dat te bereiken moeten zeer kleine, nauwelijks zichtbare stipjes van vele herkenningsmoleculen op een metaaloppervlak worden gebracht.

De herkenningsmoleculen gaan alleen een verbinding aan met hele specifieke stoffen. Een computer kan zo’n verbinding herkennen doordat er bijvoorbeeld eerst metaalclusters worden gekoppeld aan de te detecteren stoffen. Na binding met het herkenningsmolecuul op de chip zorgt dit metaalcluster voor een specifieke lichtreflectie die een computer kan herkennen met een scanner. Zo kan de computer aflezen welke herkenningsmoleculen een molecuul uit het testmengsel heeft gebonden en welke stoffen er dus in het mengsel zaten.

Het verbruik van testvloeistoffen is bij dergelijke methodes te verwaarlozen. De gevoeligheid van deze methode is ‘indrukwekkend’. Als er minimaal vijf eiwitmoleculen aanwezig zijn is al te detecteren om welk type eiwit het gaat. In Delft is inmiddels een methode ontwikkeld om ongelooflijk kleine hoeveelheden vloeistoffen met grote nauwkeurigheid te doseren op een chip.

Sinds kort zijn er ook micro-biochips op de markt waar álle stukjes DNA uit gist op gemonteerd zitten. De complete DNA-volgorde van gist is al in 1979 opgehelderd. Aan dit megaproject hebben naast vele andere Europese groepen ook Delfts-Leidse onderzoekers meegewerkt.

Met de chips met gist-DNA kunnen onderzoekers inzicht verwerven in de rol van genen waarvan de functie nog onbekend is. Bijvoorbeeld door te testen welke genen in gebruik zijn bij gist onder speciale omstandigheden, zoals een zuurstofloze omgeving. Genen die gebruikt worden, zorgen namelijk voor de aanmmaak van RNA-moleculen die kunnen binden met het DNA op de chip. Zo ontdekten Delftenaren samen met Leidse en Amerikaanse onderzoekers dertig genen die specifiek betrokken zijn bij de groei onder zuurstofloze omstandigheden.

Begin dit jaar heeft de TU een DNA-chipapparaat aangeschaft. ,,Dat is niet een zevenmijlsstap, maar een zevenhondermille-stap vooruit voor het onderzoek naar de gistcel als fabriek.” De toegenomen kennis over het functioneren van gistgenen geeft nieuwe mogelijkheden voor genetische modificatie van degistcellen om hun prestatie in industriële processen te verbeteren.

Over enkele jaren komen er microchips met daarop mini-laboratoria. Dat zei prof.dr. J.G. Kuenen in zijn diesrede.

Een mini-laboratorium op een chip kan in de naaste toekomst bijvoorbeeld gebruikt worden voor bloedonderzoek. ,,Over een paar jaar zal een dokter in zijn praktijk met een biochip in staat zijn om een volledige bloedtest uit te voeren met één druppeltje bloed van een patiënt waarvan hij het gezondheidsprofiel wil bepalen”, stelde Kuenen afgelopen vrijdag in de aula. ,,Daarvoor is een chip nodig die door middel van ragfijne kanaaltjes en reservoirtjes in staat zal zijn om een mengsel te scheiden in enkelvoudige bestanddelen.”

Een chemielab op een chip dat nu al in de praktijk gebruikt wordt, werkt bijna net zoals een reageerbuis. ,,In feite worden er honderdduizenden reageerbuisjes op één enkel chip gezet die tienduizenden reacties simultaan kan uitvoeren.” Om dat te bereiken moeten zeer kleine, nauwelijks zichtbare stipjes van vele herkenningsmoleculen op een metaaloppervlak worden gebracht.

De herkenningsmoleculen gaan alleen een verbinding aan met hele specifieke stoffen. Een computer kan zo’n verbinding herkennen doordat er bijvoorbeeld eerst metaalclusters worden gekoppeld aan de te detecteren stoffen. Na binding met het herkenningsmolecuul op de chip zorgt dit metaalcluster voor een specifieke lichtreflectie die een computer kan herkennen met een scanner. Zo kan de computer aflezen welke herkenningsmoleculen een molecuul uit het testmengsel heeft gebonden en welke stoffen er dus in het mengsel zaten.

Het verbruik van testvloeistoffen is bij dergelijke methodes te verwaarlozen. De gevoeligheid van deze methode is ‘indrukwekkend’. Als er minimaal vijf eiwitmoleculen aanwezig zijn is al te detecteren om welk type eiwit het gaat. In Delft is inmiddels een methode ontwikkeld om ongelooflijk kleine hoeveelheden vloeistoffen met grote nauwkeurigheid te doseren op een chip.

Sinds kort zijn er ook micro-biochips op de markt waar álle stukjes DNA uit gist op gemonteerd zitten. De complete DNA-volgorde van gist is al in 1979 opgehelderd. Aan dit megaproject hebben naast vele andere Europese groepen ook Delfts-Leidse onderzoekers meegewerkt.

Met de chips met gist-DNA kunnen onderzoekers inzicht verwerven in de rol van genen waarvan de functie nog onbekend is. Bijvoorbeeld door te testen welke genen in gebruik zijn bij gist onder speciale omstandigheden, zoals een zuurstofloze omgeving. Genen die gebruikt worden, zorgen namelijk voor de aanmmaak van RNA-moleculen die kunnen binden met het DNA op de chip. Zo ontdekten Delftenaren samen met Leidse en Amerikaanse onderzoekers dertig genen die specifiek betrokken zijn bij de groei onder zuurstofloze omstandigheden.

Begin dit jaar heeft de TU een DNA-chipapparaat aangeschaft. ,,Dat is niet een zevenmijlsstap, maar een zevenhondermille-stap vooruit voor het onderzoek naar de gistcel als fabriek.” De toegenomen kennis over het functioneren van gistgenen geeft nieuwe mogelijkheden voor genetische modificatie van degistcellen om hun prestatie in industriële processen te verbeteren.