Il futuro della diagnostica passa per i Lab On Chip

Il termine Lab-on-Chip (LoC) identifica un dispositivo che integra e automatizza più tecniche tradizionali di laboratorio in un chip avente dimensione massima di pochi centimetri.

Negli ultimi anni il continuo e rapido sviluppo delle biotecnologie, in particolare della genomica, hanno stimolato enormemente la richiesta di analisi chimiche e genetiche. Le scienze biologiche e biomediche, come l’oncologia, l’epidemiologia e la tassonomia, hanno incorporato con entusiasmo l’analisi del DNA e dell’RNA nei loro ambiti sperimentali. Conseguentemente è cresciuta la necessità di effettuare anche sul campo test biologici come il sequenziamento del DNA, i saggi immunologici e le analisi di espressione genica per studi ambientali, medici, forensi.

Dalle piattaforme ingombranti ai circuiti integrati

Le piattaforme cliniche attualmente utilizzate per realizzare tali test sono ancora ingombranti, ad alto consumo energetico e richiedono una grande quantità di reagenti. Inoltre, la complessità dei sistemi biologici rende i test molto costosi sia in termini di risorse umane che temporali: per ottenere l’affidabilità richiesta è, infatti, spesso necessario che le analisi siano ripetute diverse volte e sempre da personale specializzato. Nasce così il bisogno di strumenti più compatti, affidabili e altamente automatizzati per permettere analisi sul campo e a basso costo.

La risposta a queste esigenze è arrivata dall’industria dei semiconduttori, nel momento in cui si è capito che la tecnologia sviluppata e consolidata per la produzione di circuiti integrati poteva essere utilizzata in ambiti diversi e spesso complementari all’elettronica.

La nuova tendenza sviluppata nel settore venne così definita “More than Moore”, per sottolineare un obiettivo diverso da quello dettato dalla Legge di Moore per i circuiti integrati. Con l’avvento e la rapida diffusione dei dispositivi MEMS, la capacità di ottenere strutture meccaniche su silicio con risoluzione micrometrica si è sempre più consolidata. Uno dei primi esempi di successo è rappresentato dalle testine delle stampanti ink-jet.

Le funzionalità e i vantaggi dei Lab On Chip

I LoC si rivelano utili per la fase di diagnosi precoce di patologie gravi e croniche. Grazie alla nascita delle tecnologie di fabbricazione micrometriche (utilizzate anche per la produzione di dispositivi come MEMS e NEMS), si ha l’integrazione di un gran numero di moduli interdisciplinari. I LoC permettono infatti l’integrazione di microfluidica, elettronica, ottica e sensori su un unico chip.

In questi dispositivi la preparazione del campione, i processi chimici e le successive analisi sono integrati e automatizzati. Come conseguenza, in aggiunta alla riduzione delle dimensioni, dei costi e dei consumi di energia, i Lab On Chip possono incrementare notevolmente l’efficienza del sistema, contraendo i tempi di analisi e di lavoro; inoltre l’automazione dei processi permette di potenziare l’utilizzo di questi dispositivi anche da parte di personale non specializzato.

Attraverso questa classe di dispositivi, in crescente evoluzione ed ottimizzazione, potrebbero essere implementati moltissimi test appartenenti alle più disparate discipline scientifiche (biochimica, biologia molecolare, microbiologia, chimica farmaceutica, chimica analitica, ecc.) come: real-time PCR, immunoassay, dielettroforesi, estrazione e sequenziamento di DNA e RNA, genotipizzazione, manipolazione genica, analisi di cellule singole, analisi della motilità cellulare, analisi del sangue, studio di farmaci, approcci di ingegneria tissutale, colture 3D, studio delle interazioni cellulari, studi di biologia sintetica, analisi di qualità su matrici ambientali e/o alimentari e molto altro.

Lab On Chip e Coronavirus

Recentemente Veredus Laboratories, ha realizzato VereCov, un Lab On Chip in grado di rilevare con un unico test, di circa 2 ore, il Coronavirus. Il kit di diagnosi VereCoV si basa sulla tecnologia VereChip, una piattaforma Lab on Chip che integra due potenti applicazioni di biologia molecolare, Polymerase Chain Reaction (PCR) e microarray, in grado di identificare e differenziare MERS-CoV, SARS-CoV e 2019-nCoV con elevata specificità e sensibilità.

Articolo a cura di Claudio Dicembre.