Het gebruiksgemak van diagnostische testen is laatste jaren flink toegenomen. Vrouwen kopen een zwangerschapstest tegenwoordig in de drogisterij. En suikerpatiënten meten zelf hun glucosegehalte. Dit soort ‘lab-on-chip’-instrumenten brengen diagnostiek en medische behandeling dichter bij elkaar. Patiënten hoeven ook niet langer in onzekerheid te wachten op de uitslag van een laboratorium. Het concept ‘monster in/resultaat uit’ heeft een hele vlucht genomen.

Maar in veel gevallen is het nog niet mogelijk om een onbehandeld monster van bloed of materiaal uit de neus direct te analyseren. Daarvoor is meestal een uitgebreid proces van voorbewerking nodig met grote, ingewikkelde pipetteermachines in laboratoria. Promovendus Remco den Dulk ontwikkelde een zogeheten magnetisch-capillaire klep (MCV). Hiermee verloopt de voorbewerking een stuk sneller en eenvoudiger en sluit het beter aan bij de uitdijende markt van labs-on-chip.

“In mijn onderzoek heb ik gekeken naar testen waar je aan de hand van het DNA van bacteriën of virussen een diagnose stelt. Daarvoor heb je lichaamsmonsters nodig, bijvoorbeeld bloed of materiaal uit de neus. Een dergelijk sample bevat ook heel veel andere moleculen die de detectie van het DNA verstoren. Dat moet je dus eerst opzuiveren. In een MCV-cartridge bind je DNA-moleculen aan magnetische silicadeeltjes en die trek je vervolgens met een kleine magneet uit het ‘vieze’ sample naar een ‘schone’ vloeistof. Het gaat om bindingsbuffers van water met hoge zoutconcentraties. In de laatste stap week je het DNA weer los van de magnetische deeltjes en houd je een heel klein volume met een hoge concentratie DNA-moleculen over in een schone oplossing. Kant-en-klaar voor een analyse. Wat de MCV uniek maakt, is dat we de magnetische deeltjes bewegen, terwijl de vloeistoffen stilstaan in de cartridge. Normaal gesproken worden de vloeistoffen door een filter gepompt of worden er vloeistoffen in en uit een buisje gepipetteerd, terwijl de magnetische deeltjes met een magneet worden vastgehouden tegen de wand van het buisje. Doordat wij de vloeistoffen niet hoeven te bewegen, kan onze cartridge en het instrument dat de cartridge aanstuurt veel eenvoudiger zijn. Bovendien kunnen wij in slechts een of twee stappen het DNA opzuiveren, terwijl er normaal gesproken meerdere wasstappen nodig zijn. Dit komt doordat er met het transport van de magnetische deeltjes maar een heel kleine hoeveelheid van de onbehandelde ‘vieze’ sample wordt meegenomen naar de ‘schone’ vloeistof. In de conventionele technieken blijven er vaak residuen van de onbehandelde sample achter, aan bijvoorbeeld de wand van het buisje. Die komen dan vervolgens weer terecht in de schone vloeistof. De opzuivering in de MCV is dus veel efficiënter.”

Voorwaarde voor een succesvol concept is dat de voorbewerking compact en simpel moet zijn. De MCV van Den Dulk voldoet in alle opzichten. Het gaat om een cartridge met twee glasplaatjes ter grootte van 2,5 bij 7,5 centimeter en ongeveer een millimeter dik. Daar tussenin zit de structuur met vloeistoffen en magnetische deeltjes waar het proces plaatsvindt.

In biologische experimenten zijn er veel factoren die onderzoekers niet goed in de hand hebben. Het is daarom gebruikelijk om veel proeven te doen, om daarna de resultaten uit te middelen voor een statisch verantwoord resultaat. Reden voor Den Dulk om ruim duizend cartridges te fabriceren. “Ik heb mijn promotieonderzoek gedaan bij Philips Research. Voor hen is het niet alleen belangrijk om één keer aan te tonen dat het principe werkt, maar dat je deze cartridges ook in grote producties kunt maken tegen lage kosten. Dat is een van de aspecten van het onderzoek geweest; het systeem zo simpel mogelijk maken. Alles reduceren tot wat essentieel is, zodat de productiekosten laag blijven.”

Het belangrijkste voordeel van de MCV is volgens de onderzoeker dat testen veel sneller en dichter bij de patiënt gebeuren. “Normaal zou je zo’n sample op moeten sturen naar een centraal laboratorium. Straks kan een huisarts misschien zelf aan de slag. ”

Wat de toekomst van de MCV wordt, ligt volgens de onderzoeker aan de strategie van Philips. “Het hangt ervan af of ze zelf een dergelijke diagnostische test op de markt willen brengen. Maar wat je de laatste tijd veel ziet, is dat ze hiervoor liever samenwerken met een andere partij die is gespecialiseerd in moleculaire biologie. Waar ik aan heb gewerkt, is eigenlijk een enabling technology die je zou kunnen gebruiken voor een groot aantal toepassingen. Maar als je de MCV met succes op de markt wilt brengen, zul je duidelijk moeten kiezen voor één applicatie. Voor één bepaalde ziekte, infectie of besmetting en daarvoor een test in de winkel leggen. Het diagnosticeren van MRSA of influenza zou bijvoorbeeld een goede optie kunnen zijn.”

“Ik heb de MCV zelf wel eens vergeleken met het schoonmaken van een spons in een emmer met vies water. In de conventionele methoden wordt de spons uit het vieze water gehaald en direct in een emmer met schoon water gedaan. Wat wij doen, is eerst de spons goed uitknijpen voordat we hem in het schone water stoppen. Daardoor neem je minder van het vuile water mee en ben je dus veel efficiënter bezig. Een kind kan de was doen.” (FvO)