dit bericht staat inclusief illustraties op
https://www.utwente.nl/nieuws/!/2016/10/265155/snelle-chip-meet-effect-gif
Snelle chip meet effect gif
Nabootsing stofwisseling lichaam
Het effect dat giftige stoffen hebben op bijvoorbeeld het eiwit hemoglobine in
bloed, is nu snel te testen in een lab-on-a-chip. Voor het mengen van de stof
met het eiwit heeft UT-onderzoeker Floris van de Brink een snelle en efficiënte
mixer ontwikkeld.
Lichaamsvreemde stoffen – dat kunnen gifstoffen zijn, maar ook medicijnen –
zijn soms zo kortlevend dat het effect niet goed te onderzoeken is. Wat gebeurt
er bijvoorbeeld als een PAK, een schadelijke polycyclische aromatische
koolwaterstof die vrijkomt bij het leggen van een nieuwe asfaltlaag, of bij de
uitstoot van kolencentrales, in contact komt met hemoglobine, het eiwit in
bloed? Met de chip die Van den Brink heeft ontwikkeld, is deze snelle
interactie te onderzoeken.
In het lichaam, met name in de lever, vindt eerst een omzetting plaats van de
vreemde stoffen naar zogenaamde metabolieten. De chip doet dat ook: een
elektrochemische reactor maakt de metabolieten van een PAK, zoals
hydroxypyreen. Vervolgens mixt Van den Brink die stof op dezelfde chip met
hemoglobine, zodat te zien is welke binding – adduct -de giftige en zeer
reactieve stof aangaat met het hemoglobine. Dankzij een nieuwe mengtechniek kan
dit ongekend snel: ruim binnen een seconde.
Vervolgens is in het microlaboratorium ook te onderzoeken wat de remedie is:
hoe is het bloed weer te ontgiften? Op dezelfde manier is ook het effect van
medicijnen te onderzoeken, zonder daarvoor proefdieren in te zetten.
Snel mixen
Het mengen van vloeistoffen, en dan ook nog snel, is op deze schaal niet
eenvoudig. Vloeistoffen gedragen zich in microkanalen anders dan op grotere
schaal, en ‘roeren’ is ook geen optie. Van den Brink heeft daarom twee
cirkelvormige mengkamers gemaakt die bestaan uit kanaaltjes die onder een hoek
staan. De ene stof komt er boven in, de ander onder. De gradiënt zorgt voor een
snelle menging. De hele mixer is slechts 0,1 vierkante millimeter groot. De
output kan vervolgens geanalyseerd worden met een massaspectrometer. Bijzonder
is ook de reactor, die meer opbrengst heeft dankzij elektroden van diamant in
plaats van platina.
Proteomics
Het effect van het hechten van hydroxypyreen metabolieten aan hemoglobine is
een voorbeeld. Het compacte systeem leent zich voor tal van interacties met
eiwitten, en mogelijk ook DNA. Proteomics wordt steeds belangrijker bij het
vinden van nieuwe geneesmiddelen, en daarvoor is dit snelle systeem een
waardevol hulpmiddel.
Van den Brink heeft zijn onderzoek uitgevoerd in de BIOS Lab-on-a-Chip groep,
die deel uitmaakt van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie en het MIRA
Instituut voor Biomedische Technologie en Technische Geneeskunde van de
Universiteit Twente. Hij heeft samengewerkt met collega’s van de Westfälische
Wilhelms Universität Münster. Het onderzoek is financieel mogelijk gemaakt door
de Technologiestichting STW.
Het artikel ‘Oxidation and adduct formation of xenobiotics in a microfluidic
electrochemical cell with boron doped diamond electrodes and an integrated
passive gradient mixer’, door Floris van den Brink, Tina Wigger, Liwei Ma,
Mathieu Odijk, Wouter Olthuis, Uwe Karst en Albert van den Berg, is verschenen
in ‘Lab on a Chip’, een journal van de Royal Society of Chemistry.
