Forskare vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har utvecklat laboratorieutrustning som underlättar sökandet efter aktiva substanser och undersökningen av cellprover, minska kostnaderna med en faktor på upp till 100.

Behandlingsmetoderna kan nu bättre anpassas till patienternas individuella behov. Forskare vid KIT har hittat ett sätt att utföra så kallade high-throughput-screeningar med tusentals prover som testas parallellt utan några dyra, komplexa robotsystem som hittills varit nödvändiga.

Kemisten Pavel Levkin från KIT:s Institute of Toxicology and Genetics (ITG) och hans multidisciplinära team har utvecklat en yta på vilken vattenhaltiga lösningar ordnar sig själv i tusentals separata droppar. "På en droppe mikroarray (DMA), biologiska prover såsom vävnad från en biopsi kan utsättas för substansscreening, säger teammedlemmen Simon Widmaier.

Varje enskild droppe används som ett provrör för biologiska experiment. Pipetteringsrobotar och pipettspetsar som används idag behövs inte längre. "En enskild laboratorieanställd kan utföra tusentals substansscreeningsexperiment inom några sekunder." Kostnadsreduktionspotentialen för denna nya teknik är enorm, enligt Widmaier. "En pipetteringsrobot kostar flera 10, 000 euro och måste skötas av en expert." Enbart varje pipettsteg kostar fem till sju cent för en pipettspets.

Med hjälp av en mycket exakt UV-exponeringsmetod, mycket hydrofila och mycket vattenavvisande områden produceras på arrayytan. Som ett resultat, storleken på de droppar som ska undersökas kan variera mellan tre och 250 nanoliter (en nanoliter motsvarar en miljarddels liter). När du använder konventionella mikrotiterplattor med linjer och rader av fördjupningar, minst 40 mikroliter (en miljondels liter) reaktanter krävs. "Uppskattat ungefär, en DMA förbrukar tusen gånger mindre reaktant. Eftersom dessa ämnen ofta är mycket dyra – vissa är dyrare än guld – är detta en stor fördel för användarna, " säger Widmaier.

Dessutom, klassisk pipetteringsteknik tillåter inte portionering av vätskor med fint dispergerade fasta ämnen, t.ex. celler, i nanoliter mängder. På den nya biologiskt kompatibla polymeren, däremot experiment är möjliga med ett fåtal levande celler. Tekniken har stora fördelar vid screening av stam- och primärceller för ämnens inverkan på mänskliga organ. Widmaier förväntar sig att screeningresultaten kommer att bli mer tillförlitliga och utvecklingen av medicin kommer att bli mycket billigare i framtiden.

Forskarna vill också göra det lättare för diagnoslaboratorier att utföra personanpassade substansscreeningar för t.ex. cancer behandling. Sista, men inte minst, kostnaderna för stora läkemedelsföretag kommer att minska. "DMA-tekniken löser det centrala problemet med miniatyrisering av cellexperiment och möjliggör screening av medicinska substanser och minsta cellvolymer, ett exempel är biopsivävnader hos patienter. Vi vill utveckla, producera, och kommersialisera droppmikroarrayer, produktplattformar, och screeningsatser, och erbjuda dem till forskningsinstitut, screeningcenter, och läkemedelsföretag för cellbaserad substansscreening i samband med personlig medicin, " säger Widmayer. De första prototyperna testas på marknaden.