由于缺少早期診斷的機(jī)會(huì)，低收入國家乳腺癌患者的存活率只有40%，僅僅是發(fā)達(dá)國家的一半。但斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種全新的方法，僅需要一臺(tái)普通的噴墨打印機(jī)，就可以生產(chǎn)便宜而且可以重復(fù)使用的診斷用途的“芯片實(shí)驗(yàn)室(Lab-on-a-chip)”。
根據(jù)百度百科的解釋，芯片實(shí)驗(yàn)室是指把生物和化學(xué)等領(lǐng)域中所涉及的樣品制備、生物與化學(xué)反應(yīng)、分離檢測等基本操作單位集成或基本集成于一塊幾平方厘米的芯片上，用以完成不同的生物或化學(xué)反應(yīng)過程，并對(duì)其產(chǎn)物進(jìn)行分析的一種技術(shù)。
斯坦福基因組技術(shù)中心的生物化學(xué)和遺傳學(xué)教授Ron Davis稱，新技術(shù)將單片芯片的成本降低到了1美分，將有可能像低成本基因組測序技術(shù)那樣引發(fā)醫(yī)學(xué)診斷的革命。
該技術(shù)論文于2月6日在《美國國家科學(xué)院學(xué)報(bào)》(“ Proceedings of the National Academy of ScienCES”)上發(fā)表。Davis是該論文的主要作者，基因組技術(shù)中心的另一名工程研究員Rahim Esfandyarpour則是第一作者。
斯坦福工程研究員Rahim Esfandyarpour
廉價(jià)的芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)能夠提高世界各地，特別是發(fā)展中國家的診斷能力。由于缺少早期診斷的機(jī)會(huì)，低收入國家乳腺癌患者的存活率只有40%，僅僅是發(fā)達(dá)國家的一半。其他的致命性疾病，比如瘧疾，結(jié)核病和艾滋病等，在發(fā)展中國家的發(fā)病率和死亡率也都比較高。考慮到很多診斷設(shè)備的高昂成本，如果能夠通過這一技術(shù)讓患者在病癥早期就獲得診斷，那么將會(huì)改變這一現(xiàn)狀。
“能夠在早期檢測出疾病是我們開展有效治療的最大機(jī)會(huì)之一。”Esfandyarpour說，“或許1美元在美國算不上什么，但是在一些發(fā)展中國家，這已經(jīng)是一筆不小的開銷。”
芯片實(shí)驗(yàn)室的兩個(gè)組成部分
芯片實(shí)驗(yàn)室其實(shí)可以分為兩個(gè)部分：第一部分是芯片本身，包括用于容納細(xì)胞的清潔硅膠微流體室，以及可重復(fù)使用的電子條。第二部分則是常規(guī)的噴墨打印機(jī)，它能將市售的導(dǎo)電納米顆粒油墨印刷到柔性聚酯片材上形成電子條。
Esfandyarpour說：“我們的目的是消除對(duì)潔凈室設(shè)施以及生產(chǎn)檢測設(shè)備所需要的專業(yè)人員的需求。”這樣一枚芯片的生產(chǎn)時(shí)間只需要20分鐘左右。
追蹤細(xì)胞往往需要使用熒光或者磁性標(biāo)簽，作為一個(gè)多功能平臺(tái)，芯片實(shí)驗(yàn)室能夠讓用戶在不使用熒光或者磁性標(biāo)簽的前提下，對(duì)不同的細(xì)胞類型進(jìn)行分析。
這種芯片是通過細(xì)胞固有的電學(xué)特性來區(qū)分細(xì)胞種類：當(dāng)在噴墨打印的電子條的兩端施加電壓時(shí)，微流體室里的細(xì)胞會(huì)因?yàn)樽陨怼皹O化性”的不同而朝不同的方向運(yùn)動(dòng)，這一過程被稱為介電泳現(xiàn)象。這種不需要標(biāo)記的分析細(xì)胞的方法不僅能大幅提高精度，還縮減了此前耗時(shí)較長的標(biāo)記過程。
這種方式主要針對(duì)小型樣本分析，適用于多種不同類型的試驗(yàn)。研究人員展示了如何應(yīng)用這種設(shè)備從樣品中捕獲單個(gè)細(xì)胞、分離罕見細(xì)胞、以及根據(jù)細(xì)胞的類型來計(jì)算細(xì)胞的個(gè)數(shù)。相比每次不同的操作需要使用不同的設(shè)備，這種多功能的生物芯片大幅降低了試驗(yàn)成本。舉例來說，用于分類和技術(shù)的獨(dú)立流式細(xì)胞儀需要花費(fèi)10萬美元，而且這還沒考慮操作成本。
“診斷民主化”的潛力
“我們最初的動(dòng)機(jī)就是為了研究如何普及診斷技術(shù)，以及如何降低現(xiàn)有技術(shù)的成本”，Davis說。
這種芯片的低廉成本能夠讓診斷技術(shù)更普及、更民主化，類似于低成本的基因組測序引發(fā)的醫(yī)療保健和個(gè)性化醫(yī)療的革命。低廉的測序技術(shù)讓臨床醫(yī)生能夠?qū)δ[瘤的DNA進(jìn)行分析，鑒定特定的突變序列，并為病人推薦個(gè)性化治療方案。同樣的，芯片實(shí)驗(yàn)室也有在癌癥早期探測血液中腫瘤細(xì)胞的潛力。
“該項(xiàng)技術(shù)不僅能推動(dòng)醫(yī)療保健的變革，還能夠加速基礎(chǔ)和應(yīng)用領(lǐng)域的研究進(jìn)程。它讓科學(xué)家和臨床醫(yī)生能夠在更短的時(shí)間里分析更多的細(xì)胞，操縱干細(xì)胞實(shí)現(xiàn)有效的基因轉(zhuǎn)移，以及開發(fā)更高效的診斷疾病的方法。”Esfandyarpour說。目前，團(tuán)隊(duì)希望這種芯片能夠改變科研人員在實(shí)驗(yàn)室使用實(shí)驗(yàn)儀器的方式。“我確定，這項(xiàng)技術(shù)將會(huì)為研究人員打開一扇窗，因?yàn)樗寣?shí)驗(yàn)過程變得更加簡單：打印，使用。”他說。
這項(xiàng)工作室斯坦福大學(xué)為精確醫(yī)療做出的努力之一，其目的是預(yù)測和預(yù)防疾病，將疾病扼殺在“襁褓之中”。