IBM-wetenschappers ontwikkelen revolutionaire test voor medische diagnose

• IBM

Innovatieve éénstaps test vereist slechts een microscopisch kleine hoeveelheid patiëntenmateriaal om sneller op de aanwezigheid van ziekten te testen

Zürich, Zwitserland, 17 november 2009-Wetenschappers van IBM (NYSE: IBM) hebben een éénstaps point-of-care test ontwikkeld voor het stellen van een diagnose. De test is gebaseerd op een innovatieve siliciumchip. Deze draagbare en gebruiksvriendelijke test vereist minder patiëntenmateriaal en maakt een aanzienlijk snellere diagnose mogelijk. Er kan worden getest op de aanwezigheid van tal van ziekten, waaronder hart- en vaatziekten, een van 's werelds belangrijkste doodsoorzaken.* De uitslag wordt zeer snel verkregen en is zeer nauwkeurig, zodat het serum- of bloedmonster van een patiënt onmiddellijk na een myocardiaal infarct ‒ algemeen bekend als een hartaanval ‒ kan worden getest. Dit stelt de arts in staat de juiste beslissing te nemen en de overlevingskansen van de patiënt optimaal in te schatten.

De nieuwe test is ontwikkeld door Luc Gervais en Emmanuel Delamarche, twee wetenschappers van IBM Research - Zurich, die hiervoor hebben samengewerkt met het Universitair Ziekenhuis van Basel in Zwitserland. Hun wetenschappelijke paper over hun ontwikkeling wordt gepubliceerd in het decembernummer van het tijdschrift Lab on a Chip (Volume 9, Issue 23). De test maakt gebruik van capillaire krachten om uiterst kleine hoeveelheden serum- of bloedmonster te analyseren op de aanwezigheid van ziektemarkers. Doorgaans zijn dit eiwitten die in het bloed van mensen kunnen worden opgespoord voor diagnostische doeleinden. Capillaire werking is het verschijnsel uit de natuurkunde waarbij een vloeistof in smalle buisjes hoger stijgt dan het omringende vloeistofniveau of wordt opgezogen in kleine openingen. Een alledaags voorbeeld van capillaire werking is wat zich voordoet wanneer een papieren handdoek wordt ondergedompeld in een kopje water: de microstructuren in de papiervezels zorgen ervoor dat de handdoek het water absorbeert.

Alles op de chip
IBM-wetenschappers hebben de krachten van capillaire werking gecodeerd op een microfluidische chip. Deze is gemaakt van een siliciumverbinding die lijkt op deze in computerchips. Hierbij is optimaal gebruikgemaakt van IBM's uitgebreide ervaring op het gebied van de ontwikkeling en productie van silicium halfgeleiderwafers.
De chip, die 1 x 5 centimeter meet, bevat reeksen micrometerbrede kanaaltjes waar het testmonster doorheen stroomt in ongeveer 15 seconden ‒ meerdere keren sneller dan traditionele tests. Uniek is dat de vulsnelheid kan worden aangepast tot enkele minuten wanneer de chip meer tijd nodig heeft om een complexere ziektemarker te lezen.

De microfluidische chip is het resultaat van bijna drie jaar onderzoek en ontwikkeling en omvat een microscopisch pad voor vloeistoffen. Dit pad telt vijf innovatieve fasen:

• Fase 1: Eén microliter monster ‒ 50 keer minder dan een traan ‒ wordt gepipetteerd op de chip, waar de capillaire krachten beginnen te werken.
• Fase 2: Deze krachten stuwen het monster voort door een ingewikkelde reeks van gaasvormige structuren, die verstoppingen en luchtbelletjes voorkomen.
• Fase 3: Het monster komt in een gedeelte waar microscopisch kleine hoeveelheden van het detectieantilichaam zijn aangebracht. Deze antilichamen hebben een "fluorescent tag". Ongeveer zoals de antistoffen in het menselijk lichaam herkennen ze de ziektemarker en hechten ze zich eraan vast in het monster. Slechts 70 picoliter ‒ 1 miljoen keer minder dan een traan ‒ van deze antilichamen wordt gebruikt, waardoor ze uiterst snel en efficiënt oplossen in het voorbijkomende monster.
• Fase 4: De meest kritische fase is de fase in de "reactiekamer". Deze kamer is 30 micrometer breed en 20 micrometer diep, wat ongeveer overeenkomt met de diameter van een menselijk haar. Ongeveer zoals bij een gewone zwangerschapstest wordt de getagde ziektemarker in deze fase gemeten op het oppervlak van de kamer. Door een gerichte bundel van rood licht te laten schijnen op de getagde ziektemarkers, kunnen deze worden bekeken via een draagbaar sensorapparaat met een ingebouwde chip. Deze chip lijkt op de chips in digitale camera's maar is veel gevoeliger. Op basis van de hoeveelheid gedetecteerd licht kunnen zorgverleners visueel de ziektemarker in het monster meten om de volgende stap in de behandeling te bepalen.
• Fase 5: De capillaire pomp is niet zozeer een fase als wel een onderdeel van het hele proces. De capillaire pomp heeft een diepte van 180 micrometer en bevat een complexe reeks van microstructuren. Deze moeten het monster zo lang als nodig en met een regelmatige stroomsnelheid door het apparaat heen pompen, net zoals het menselijk hart. Deze pomp maakt de test accuraat, draagbaar en eenvoudig te gebruiken. IBM-wetenschappers hebben een bibliotheek met capillaire pompen ontwikkeld, zodat tests waarvoor verschillende hoeveelheden monster of testtijden nodig zijn, kunnen worden uitgevoerd zonder de hele chip te moeten aanpassen.

"Deze point-of-care test voldoet aan de drie belangrijkste behoeften van zorgverleners: hij is draagbaar, snel en vereist slechts een heel kleine hoeveelheid patiëntenmateriaal", zegt Emmanuel Delamarche, wetenschapper, IBM Research - Zurich. "Hiermee helpen we artsen kostbare minuten te besparen. Ze kunnen sneller gefundeerde en accurate beslissingen nemen om levens te redden."

Lancering op de markt
IBM hanteert een strategie van open samenwerking. De "bench to bedside"-strategie die de wetenschappers in Zürich volgden, is hier een mooi voorbeeld van. Ideeën die ze uitwerkten in hun laboratorium, werden getest bij partners uit de academische wereld en de gezondheidszorg. Dit onderzoek zou ook niet mogelijk zijn geweest zonder de genereuze steun van KTI/CTI, een organisatie die innovatie in Zwitserland ondersteunt.

In België is Coris BioConcept uit Gembloux van plan om de chip op de markt te brengen in nauwe samenwerking met IBM. Hiervoor ontvangt het steun van BioWin, een organisatie die gezondheidswetenschappen in het Waals Gewest wil bevorderen.

"Deze microfluidische chip is de volgende stap in de evolutie van point-of-care apparaten. We kijken uit om samen te werken met de wetenschappers van IBM Research - Zurich om deze innovatie nog verder te ontwikkelen", zegt Thierry Leclipteux, Chief Executive Officer en Chief Science Officer, Coris BioConcept.

IBM-wetenschappers hebben de chip ontworpen met flexibiliteit in het achterhoofd, zowel qua vorm als toepassingen. Dankzij zijn kleine formaat kan de chip worden ingebouwd in verschillende soorten voorwerpen, afhankelijk van de toepassing. Denk hierbij bijvoorbeeld aan een creditcard, een pen of iets wat lijkt op een zwangerschapstest. De test is flexibel genoeg om niet alleen ziekten te diagnosticeren maar ook te testen op chemische en biologische gevaren.

Waarom IBM?
IBM neemt een pionierspositie in op het gebied van nanowetenschap en -technologie. En dit al sinds de ontwikkeling van de Scanning Tunneling Microscoop, een microscoop waarmee de ontwikkelaars in 1981 de Nobelprijs wonnen. Sindsdien zijn onderzoekers van IBM bezig om de grenzen te verleggen van wetenschappelijke kennis op het gebied van nanowetenschap en -technologie en manipulatie op nanoschaal. De éénstaps point-of-care test voor medische diagnose is een rechtstreeks resultaat van deze inspanningen. Door de sector van de gezondheidszorg te helpen om het zorgsysteem slimmer te maken met meer apparatuur, meer verbindingen en meer intelligentie, geeft IBM vorm aan zijn brede visie om te bouwen aan een slimmere planeet.

* Volgens de World Health Organization Statistics 2009

De wetenschappelijke paper "Toward one-step point-of-care immunodiagnostics using capillary-driven microfluidics and PDMS substrates" van Luc Gervais en Emmanuel Delamarche verschijnt in Lab on a Chip, Volume 9, Issue 23, pp. 3330 tot 3337 (december 2009)

Fotomateriaal is beschikbaar op http://www.flickr.com/photos/ibm_research_zurich/sets/72157622597913688/ en http://www.flickr.com/photos/ibm_research_zurich/collections/72157621681467539/

Over Coris:
Een biotechbedrijf dat snelle tests ontwikkelt voor het diagnosticeren van gastro-intestinale en respiratoire pathogenen. Meer informatie is beschikbaar op www.corisbio.com

Over IBM:
Meer informatie is beschikbaar op www.ibm.com

Voor meer informatie:
IBM
Yves Van Seters
yvanseters@be.ibm.com
+32 (0)478 - 27 10 33

Leads United
Mastboomstraat 8
B-2630 Aartselaar / Antwerpen (België)
T +32 (0)3 466 01 88
F +32 (0)3 466 01 80