琳琳医学——生活健康网

天天彩票_天天彩票注册 > 医药财经 >

新方法使用芯片实验室设备和手机来确定分子浓

2019-05-08 20:30:41 医药财经56℃

  新方法使用芯片实验室设备和手机来确定分子浓度

  2013年11月21日

  在发展中国家,农村地区,甚至是自己的家中,获得昂贵设备和训练有素的医疗专业人员的机会有限,可能会妨碍疾病的诊断和治疗。许多定性测试提供了简单的“是”。或“不”答案(如家庭怀孕测试)已针对这些资源有限的环境进行了优化。但很少有定量测试 - 那些能够测量生物分子精确浓度的定量测试,而不仅仅是它们的存在与否 - 可以在实验室或临床环境之外进行。通过利用他们发现的“数字”的稳健性,或加利福尼亚理工学院(加州理工学院)的研究人员已经展示了一种使用芯片实验室设备和手机来确定分子浓度(如HIV RNA分子)的方法。一个样品。尽管时间,温度和照明条件发生变化,这种数字方法可以始终如一地提供准确的定量信息,这是以前使用传统测量无法实现的。

  在11月7日发表在分析化学杂志上的一项研究中,Rustem Ismagilov实验室的研究人员,Ethel Wilson Bowles和Robert Bowles化学与化学工程教授将HIV作为测试数字化验稳健性的背景。为了评估HIV的进展并推荐适当的治疗方法,医生必须知道患者血液中HIV RNA病毒的浓度,称为病毒载量。问题是美国使用的病毒载量测试,例如依赖于通过聚合酶链式反应(PCR)扩增RNA的病毒载量测试,需要庞大而昂贵的设备,经过培训的人员以及对电力等基础设施的访问,在资源有限的设置中通常不可用。此外,因为在这些环境中难以控制环境,所以病毒载量测试必须是“稳健的”,并且或适应温度和湿度波动等变化。

  许多用于测量病毒载量的传统方法涉及将少量RNA转化为DNA,然后通过DNA扩增倍增 - 允许研究人员通过监测不同强度的数据,在每轮扩增后实时查看DNA的数量。荧光染料标记DNA。这些实验称为“动力学”。测定 - 导致读数反映强度随时间的变化,称为扩增曲线。为了找到起始大量RNA样品的原始浓度,然后将扩增曲线与代表已知RNA浓度的标准曲线进行比较。由于诸如HIV的测定需要多轮DNA扩增以收集足够明亮的荧光信号,因环境条件的变化引入的小误差可以指数地复合 - 意味着这些动力学测量不足以抵抗变化的条件。

  在这项新研究中,研究人员假设他们可以使用数字放大方法来创建一种强大的定量技术。在数字扩增中,将样品分成足够小的体积,使得每个孔含有单个靶分子或根本不含分子。 Ismagilov和他的同事们使用他们之前发明的一种名为SlipChip的微流体装置来区分含有HIV RNA的样品中的单个分子。滑动芯片由两张叠在一起的信用卡大小的板组成;首先将样品添加到滑动芯片的互连通道中,并且使用单个“滑动”。在顶部芯片中,通道变成单独的孔。

  代替PCR,研究人员在该芯片上使用了一种称为数字逆转录环介导扩增(dRT-LAMP)的不同扩增化学,在扩增过程中在靶分子存在下产生明亮的荧光信号。 dRT-LAMP技术无需连续跟踪荧光强度;相反,只使用一个终点读数测量。由此产生的拼凑而成的“正面”拼凑而成。

   或“否定的”或“否定的”装置上的孔与统计分析相结合,可以对单个分子进行计数。

  相关故事T细胞在机体如何对抗滤泡性淋巴瘤中发挥关键作用AMSBIO全面的敲除细胞系和裂解物组合新开发的干细胞技术显示出治疗PD患者的希望

  “在每口井中,你都在进行定性实验;结果就像怀孕测试一样:对于HIV RNA分子的存在,是或否,阳性或阴性,“大卫·塞尔克说,他是伊斯玛吉洛夫实验室的研究生,也是这项研究的第一作者。 “但是通过做几千个定性实验,你最终得到了一个数值的,定量的结果:样本中HIV RNA分子的浓度。通过计算含有荧光的孔的数量的浓度 - 因此HIV - 您利用许多定性“是或否”实验的稳健性来满足对定量数值结果的需求,“他说。

  当研究人员将dRT-LAMP的定量结果与通过RT-LAMP的实时动力学版本获得的定量结果进行比较时,他们发现尽管温度和时间发生变化,数字格式仍可提供准确的结果,而动力学格式可以不。这一发现增加了一个研究实验室,该实验室一直在研究将模拟信号(即,反映随时间变化的浓度的读数)转换成一系列正或负数字信号的稳健性。最近发表在美国化学学会杂志上的另一篇论文探讨了这种模数转换的变化。

  Ismagilov的研究小组还测试了一种方法,可以在滑动芯片的孔中拍摄荧光图像,并从该图像中确定病毒载量 - 无需使用昂贵的显微镜或经过培训的人员。他们转向了几乎无处不在的21世纪技术:智能手机。

  研究人员将滑动芯片放置在临时暗室(顶部有一个洞的鞋盒)中,然后使用配备特殊过滤器附件的智能手机拍摄其井,以便智能手机闪光灯能够“激发”。荧光DNA染料和智能手机相机可以捕捉荧光图像。生成的图像上传到基于云的服务器Microsoft SkyDrive,由研究人员设计的自定义软件确定病毒载量浓度并将结果发回电子邮件。无论成像条件有多差,这些功能都允许数字方法通过自动处理可靠地执行。作为其简单性的一个例子,一个5岁的孩子能够使用这种手机成像方法,使用从非感染性病毒中提取的RNA链获得定量结果(该演示的视频可在Ismagilov实验室的YouTube频道上获得)。

  “我们很惊讶这种手机方法有效,因为手机成像和自动处理都容易出错,”伊斯玛吉洛夫说。 “因为数字测定涉及简单地区分阳性和阴性,我们发现即使这些易于出错的方法也可用于可靠地计数单个分子。”

  事实上,这种方法不仅对时间和温度的变化具有鲁棒性,而且适用于手机成像和自动处理,这使其成为有限资源设置的有前景的技术。 “我们相信,我们对数字放大稳健性的研究结果可能标志着在家庭,现场和发展中国家如何获得定量测量的重大范式转变”。伊斯玛吉洛夫说。

  然而,研究人员强调,仍有改进的余地。 “在本研究中,我们正在研究稳健性并使用纯化的RNA,下一代装置将直接从患者的血液中分离HIV RNA分子”。 Bing Sun是伊斯玛吉洛夫实验室的研究生,也是该研究的第一作者。 “我们还将使这些设备适用于其他病毒,例如丙型肝炎。通过将这些改进与手机成像方法相结合,我们计划创造一些实际可用于现实世界的病毒,”孙补充说。

  资料来源:加州理工学院

搜索
网站分类