Novas Tecnologias para Eletroforese

Angelo DePalma é escritor freelance e 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” procurava criar o equivalente a um laboratório analítico inteiro em placas 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 uma instrumentação comercial que realiza eletroforese simples em chips. Estes atendem principalmente às ciências da vida, incluindo diagnósticos médicos. Um relatório de pesquisa de mercado estima uma taxa robusta de crescimento anual de 7% para esses 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 em microchips de vidro fino e quartzo. Os microchips fazem interface com o instrumento por meio de suportes de plástico para facilitar o carregamento de amostras e o envolvimento com a instrumentação.

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

Os ensaios LabChip baseados em microfluidos consomem apenas 150 nanolitros de amostra por separação e são compatíveis com amostras de ácido nucleico e proteína nas faixas de concentração baixa de pg/μL e ng/mL, respectivamente. O rendimento de até 384 amostras por ciclo do LabChip excede em muito o de sistemas à base de gel e biomoléculas, como glicanos ligados a N, que não são alteráveis ​​para separação à base de 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 proteica.

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

Vários sistemas baseados em microfluidos foram desenvolvidos que permitem o acoplamento direto de um chip microfluídico a um sistema HPLC e espectrômetro de massa. Nestes 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 atingir biomoléculas específicas de interesse com base na modificação do material de embalagem.

Os chips usados ​​com o sistema Agilent 2100 Bioanalyzer consistem em um suporte plástico com 16 poços usados ​​para aplicação de reagentes e amostras. Cada chip é rotulado com identificadores de 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 traseira do transportador. “O processo de produção do chip de vidro e do canal de separação é semelhante ao dos dispositivos semicondutores”, afirma Eva Graf, gerente de produto para bioanalisadores da Agilent Technologies (Santa Clara, CA). A Agilent usa máscaras protetoras especiais para chips de proteínas e ácidos nucleicos, que refletem a estrutura do canal. Quando as lascas de vidro são expostas ao agente de ataque químico, apenas os canais são gravados no vidro. A superfície restante do chip é protegida pela máscara.