– Å ta prøver og få dem undersøkt i laboratorier tar tid og legger beslag på ressurser i helsevesenet. Vi tror at mange av prøvene kan analyseres med en gang – og med like høy kvalitet som i store laboratorier, sier Elizaveta Vereshchagina, seniorforsker ved MiNaLab, SINTEFs mikro- og nanolaboratorium i Oslo.
Teknologien kalles lab-on-a-chip (LOC), eller laboratorium på en brikke.
Kan revolusjonere diagnostisering
Forskningsleder Michal Mielnik ved MiNaLab tror minilaboratoriene i første omgang vil bli brukt for å foreta raske analyser på legekontor og sykehus, uten å gå veien om et laboratorium. I akutte situasjoner er det en kjempefordel å få raske svar.
– Mikro- og nanoteknologi er i ferd med å revolusjonere diagnostisering av sykdommer og overvåkning av helse – både utenfor og inni kroppen. Teknologien er godt egnet til at pasienten kan gjøre det meste selv, og overføre dataene til fastlegen eller spesialisten. Noen slike «lab-på-brikke» finnes allerede, og nye kommer. Vi er med i utviklingen av flere, sier forskningslederen.
SINTEF-forskere i aksjon: Denne gjengen utvikler ørsmå mikrobrikker som skal avløse tradisjonelt laboratorieutstyr og gi oss prøvesvar på et blunk. Fv: Elizaveta Vereshchagina, Erik Andreassen og Michal Mielnik. Foto: Remy Eik-Nikolaisen
Fulle av sensorer
En «lab-på-brikke» kan analysere væsker som blod, urin, spytt og intracellulær væske. Brikkene som er på markedet er på størrelse med et kredittkort, og er utstyrt med sensorer, elektronikk, kammer og kanaler i mikroskopisk skala.
– Brikkene åpner for helt nye muligheter for diagnostisering og helseovervåkning. I prinsippet kan mikrobrikker avsløre alt, eller i alle fall det meste, om helsa vår.
De største kanalene kan være noen hundre mikrometer, altså som tykkelsen på et hårstrå. Mengden av væske som trengs for analyse er bitteliten, som volumet av et knappenålshode.– I så små mengder oppfører væsker seg annerledes enn det vi er vant med, og kan manipuleres med blant annet lys, lyd og strøm. I et elektrisk felt beveger biologiske partikler seg med ulik hastighet, og da kan man plukke ut de som har størst diagnostisk verdi, for eksempel fra blodplasma, forklarer Elizaveta Vereshchagina.
Åpner for helt nye muligheter
Michal Mielnik mener teknologien har et stort potensial.
– Brikkene åpner for helt nye muligheter for diagnostisering og helseovervåkning. I prinsippet kan mikrobrikker avsløre alt, eller i alle fall det meste, om helsa vår. Mange sykdommer har vi ennå ikke verktøy, eller mulighet, for å diagnostisere før symptomene oppstår. I fremtiden vil vi kunne stille diagnosen på et mye tidligere stadium. Klarer vi å oppdage, for eksempel, en begynnende kreftsykdom, kan det ha utrolig mye å si for utfallet.
Forutser kolsanfall
Elizaveta Vereshchagina er med i et EU-prosjekt som skal hjelpe kolspasienter og leger å forutsi kolsanfall. I verste fall er slike anfall dødelige. Sammen med oppstartsbedriften RespiQ og konsortiet BreathSense utvikler MiNaLab sensorer for å finne biomarkører i pusten som avslører at et anfall er under oppseiling. Kan medisinering settes i gang tidligere, vil det dempe, eller hindre, et anfall.
– I et elektrisk felt beveger biologiske partikler seg med ulik hastighet, og da kan man plukke ut de som har størst diagnostisk verdi, for eksempel fra blodplasma.
Hjelper personer med lammelser
De små dimensjonene på mikro- og nanoskala gjør at mikrobrikker også kan implanteres i kroppen, og stå i forbindelse med verden utenfor. Selskapet InVivo Bionics, et knoppskudd fra MiNaLab, har utviklet en løsning der en mikrobrikke med sensorer overvåker trykket i urinblæra, og forteller via smarttelefonen når du må tisse. Implantatet er bare én kvadratmillimeter stort.
Mikrobrikker inne i kroppen kan også brukes til å overvåke helsetilstanden til personer med kroniske lidelser, diabetes for eksempel.
Denne lille mikrobrikken kan analysere biologiske væsker og gi oss kjappe svar på hvordan det står til med helsa vår. Foto: Lena Gill
– Er du avhengig av å ta stadige blodprøver, og kanskje dra frem og tilbake til lege eller sykehus, er det en stor forbedring hvis du kan overvåke sykdommen med en brikke i kroppen. På den måten får pasienten helt nye muligheter til å følge opp sin egen helsetilstand, forteller Elizaveta Vereshchagina.
Biologisk alarm
Høyteknologi i liten skala kan også operere samspill med biologisk materiale. Når kroppen angripes av en sykdom dannes antistoffer. Henter man ut antistoffer fra kroppen og kombinerer dem med en brikke, kan man lage en felle som kan oppdage sykdom i en prøve fra en pasient. Antistoffet vil gjenkjenne og fange viruset eller bakterien, og brikken varsler videre om «fangsten». Slik kan sykdom oppdages veldig tidlig.
Mikrobrikker med biologisk materiale kan også implanteres i kroppen og varsle når noe er galt.
– Et lite laboratorium på brikke og implantater med sensorer er ennå i en tidlig fase. Men utviklingen går fort, og potensialet er enormt. Her må eksperter på ulike fagfelt komme sammen – og det må satses, sier Michal Mielnik.
Styrkes av kunstig intelligens
Forskningslederen mener kunstig intelligens vil bety et stort løft for miniatyriserte medisinske sensorteknologier.
– Ambisjonen er å samle inn, utveksle og analysere pasientens data fra ulike enheter i sanntid. Her spiller teknologiene vi utvikler en spesielt viktig rolle – sensitive og raske medisinske sensorer som samler inn data uansett hvor du er, og som ikke krever kontinuerlig oppfølging fra medisinsk personell, sier Mielnik.
