Novas tecnologias para eletroforese

Nov 10, 2023

Angelo DePalma é um escritor freelance que mora em Newton, Nova Jersey. Você pode contatá-lo em [email protected].

Concebida no final da década de 1980, a ideia do "lab-on-a-chip" buscava criar o equivalente a um laboratório analítico inteiro em lajes de silício, vidro e plástico do tamanho de uma caixa de fósforos. A maioria desses dispositivos foi baseada em eletroforese capilar, um modo analítico que permanece dominante em dispositivos analíticos microfluídicos.

O sonho de fabricar algo parecido com um laboratório inteiro em um substrato do tamanho de uma caixa de fósforos nunca foi realizado, mas surgiu a instrumentação comercial que realiza eletroforese direta em chips. Estes servem principalmente as ciências da vida, incluindo diagnósticos médicos. Um relatório de pesquisa de mercado estima uma robusta taxa de crescimento anual de sete por cento para tais sistemas.

A PerkinElmer oferece duas plataformas de eletroforese microfluídica: o analisador de ácido nucleico LabChip® GX Touch™ para DNA e RNA e o sistema de caracterização de proteínas LabChip® GXII Touch™ para proteínas e glicanos. Ambos os sistemas fornecem plataformas de alto rendimento para separação, dimensionamento e quantificação de biomoléculas baseadas em eletroforese. A PerkinElmer desenvolveu métodos especiais de microfabricação que incorporam canais de baixo tamanho de mícron em vidro fino e microchips de quartzo. Os microchips interagem com o instrumento por meio de caixas de plástico para facilitar o carregamento de amostras e o acoplamento com a instrumentação.

"As principais vantagens da análise de biomoléculas baseadas em microfluidos versus baseadas em gel são o rendimento, resolução, facilidade de uso, sensibilidade e versatilidade", diz James Atwood PhD, gerente geral de automação e microfluídica da PerkinElmer. "A eletroforese em gel tradicional é demorada, trabalhosa, propensa a variabilidade e consome grandes quantidades de amostras preciosas."

Os ensaios baseados em microfluidos LabChip consomem apenas 150 nanolitros de amostra por separação e são compatíveis com amostras de ácidos nucleicos e proteínas nas faixas de concentração baixas de pg/μL e ng/mL, respectivamente. O rendimento de até 384 amostras por ciclo para LabChip excede em muito o de sistemas baseados em gel e biomoléculas, como glicanos ligados a N, que não são alteráveis ​​para separação baseada em gel por eletroforese, mas podem ser separados e detectados em sistemas microfluídicos. Outra vantagem importante da separação de biomoléculas baseada em microfluidos é a separação e quantificação de proteínas nativas, com base apenas na carga, para detectar variantes de carga. A eletroforese baseada em gel não pode resolver variantes de carga de proteína.

Em fluxos de trabalho típicos de espectrometria de massa baseados em eletroforese em gel, os compostos são primeiro separados no gel e, em seguida, as bandas correspondentes às biomoléculas de interesse são extirpadas. Nos fluxos de trabalho proteômicos, as proteínas são degradadas enzimaticamente e os fragmentos de peptídeos são extraídos do gel antes da LC-MS/MS. Embora essa abordagem tenha várias vantagens, incluindo ser um modo de separação ortogonal, ela é extremamente tediosa.

Vários sistemas baseados em microfluidos foram desenvolvidos que permitem o acoplamento direto de um chip microfluídico a um sistema de HPLC e espectrômetro de massa. Nesses sistemas de microcromatografia, os canais microfluídicos são embalados com uma fase estacionária específica para o modo de separação desejado. Isso permite a captura e/ou separação automatizada de biomoléculas diretamente no chip com eluição, ionização e detecção no espectrômetro de massa. Em contraste com as abordagens baseadas em gel, os sistemas de microcromatografia são de fácil automação e podem ser adaptados para direcionar biomoléculas específicas de interesse com base na modificação do material de embalagem.

Os chips usados ​​com o sistema Agilent 2100 Bioanalyzer consistem em um estojo de plástico com 16 poços usados ​​para aplicação de reagentes e amostras. Cada chip é rotulado com identificadores para tipo de ensaio, número de lote e configuração do chip específico do ensaio. O chip de vidro incorpora microcanais gravados e é colado na parte de trás do carrinho. "O processo de produção do chip de vidro e do canal de separação é semelhante ao dos dispositivos semicondutores", diz Eva Graf, gerente de produto para bioanalisadores da Agilent Technologies (Santa Clara, CA). A Agilent usa máscaras protetoras especiais para chips de proteína e ácido nucleico, que espelham a estrutura do canal. Quando as lascas de vidro são expostas ao agente corrosivo, apenas os canais são gravados no vidro. A superfície restante do chip é protegida pela máscara.