Snelle chip meet effect gif

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 zogeheten 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.