Frost & Sullivan: de biochip wordt ‘big business’

Met deze manier van werken menen de medici een beter wapen te hebben tegen allerlei kwalen. Bij de bestrijding wordt rekening gehouden met de puur persoonlijke eigenschappen van de lijder. Door de genetische opbouw van een patiënt mee te nemen bij het bepalen van het ziektebeeld, kan een individueel behandelplan worden opgesteld dat de grootste kans op succes biedt. Techniek Bij de productie van biochips worden diverse technieken gebruikt, die merendeels zijn afgeleid van de fabricageprocédés uit de IC-industrie. De biochips, ook wel aangeduid met de term micro-arrays, bestaan uit een onderlaag (substraat) waarop biochemische componenten worden bevestigd. Die laatste stoffen verrichten in het klein het werk wat normaal in een biochemisch laboratorium wordt gedaan. De biochips hebben aan een kleine hoeveelheid te onderzoeken materiaal genoeg en ze kunnen bovendien een aantal onderzoeken tegelijk uitvoeren. Daardoor komen ze vaak sneller met resultaten op de proppen dan een grootschalig laboratorium. Het sterkst speelt dit bij de zogeheten DNA-chips. Deze componenten zijn in staat om in een enkele cel te bepalen welke genen actief zijn en hoe zij reageren op het toedienen van chemische stoffen. Duizenden reacties worden gepeild in een paar seconden, een taak waar een laboratorium dagen of zelfs weken voor nodig heeft. Eigen recept De Amerikaanse firma Affymetrix is een pionier op dit marktgebied. Het bedrijf kwam als eerste met een array met hoge dichtheid op de markt. Bij het maken van de bio-chips volgt de firma een geheel eigen recept, dat is afgeleid van de fotolithografie. Dit laatste is een standaard productiemethode uit de gewone halfgeleiderindustrie. “Bij een normale chip worden schakelingen afgezet op een substraat, wij leggen kleine partjes biomateriaal op de gewenste plekken”, zegt woordvoerster Anne Bowdidge van Affymetrix. “Daarvoor gebruiken we een lichtgeleide methode. Plekken op de chip die belicht worden zijn wel gevoelig voor het neerslaan van bio-componenten, andere plekken juist niet. Op die manier kunnen we snel de gewenste configuratie aanbrengen”, zegt Bowdidge. Eventueel kan een overschot van het neergeslagen materiaal via soortgelijke technieken weer worden weggeëtst. De chips die uit dit productieproces komen, hebben een oppervlakte van ruim 1 vierkante centimeter. Daarop is plaats voor zo’n 400.000 separate gebiedjes die zijn ‘beplakt’ met DNA-materiaal. Met zo’n array kunnen defecten in genenreeksen eenvoudig en snel worden gemeten. Daarnaast kan het onderdeel dienen om vast te stellen hoe stukjes genetisch materiaal veranderen onder invloed van externe stoffen. Concurrentie Affymetrix heeft een tijdje de markt voor biochips bijna voor zich alleen gehad, maar daar komt nu snel verandering in. Gevestigde namen zoals Motorola worden ook actief. De Afdeling Life Sciences Codelink van Motorola heeft ook een high-density biochip ontwikkeld, die de naam Uniset Human 1 draagt. De schakeling bevat 9200 DNA-fragmenten, die zijn gemodelleerd naar menselijk genetisch materiaal. In de loop van dit jaar zal een tweede chip gereed moeten zijn, die wederom zo’n 10.000 DNA-reeksen bevat. Motorola levert deze chips voornamelijk aan onderzoekers en niet zozeer aan de medische stand. Voor de algemene diagnostiek is een andere divisie van Motorola verantwoordelijk: eSensor. De schakelingen die dit onderdeel van Motorola aflevert zijn bedoeld voor medische toepassingen en controle op genetisch gemanipuleerde landbouwproducten. Bij de diagnostische toepassing van de chip dient het onderdeel om te meten hoe patiënten reageren op bepaalde medicijnen. Medici zijn erg te spreken over deze manier van werken, omdat het een hoop rompslomp voorkomt. “Artsen mogen de chip gebruiken voor het doen van metingen, net zoals hun gewone instrumentarium. Dat wil zeggen, de chip hoeft niet getest en goedgekeurd te worden door officiële instanties, zoals dat bij nieuwe medicijnen wel het geval is. Ze kunnen dus veel sneller aan de slag”, zegt Tim Tiemann van Motorola. Grondstoffen Motorola gebruikt voor het maken van biochips geen glazen plaatjes, maar plastic. Zo’n drager is net zo groot als een postzegel en vertoont veel gelijkenis met de printplaatjes die ook in allerlei draagbare apparatuur worden gebruikt. De plastic plaatjes zijn bedekt met een patroon van gouden stipjes, waarop het biomateriaal zich kan hechten. Motorola heeft veel baat bij de ervaring die is opgedaan bij de productie van standaard halfgeleiderschakelingen. De verfijnde methoden voor kwaliteitsbewaking die zijn bedacht voor de IC-productie kunnen evengoed worden gebruik bij het maken van biochips. Overigens is de basis voor de biochip van Motorola gelegd in het Argonne National Laboratory, een onderzoeksfaciliteit van het ministerie van Energie in de VS. Hier zijn experimenten uitgevoerd met zogeheten ‘natte’ biochips. Bij die manier van werken worden de stoffen die gemeten moeten worden via een soort gel op de chip aangebracht. Motorola heeft een licentie genomen op de techniek van Argonne. Datzelfde heeft Packard BioScience gedaan, die de techniek heeft omgevormd door een drukprocédé. De chips worden daarbij gevuld met biomateriaal door middel van een aangepaste inkjetprinter. In bepaalde gevallen wordt een iets aangepast techniek gebruikt, waarbij de plukjes biomateriaal door een gericht elektrisch veld naar de juiste plaats worden gedirigeerd. Eiwitten Packard BioScience heeft de licentie op de techniek van het ministerie gebruikt als basis voor eigen ontwikkelingen. Een daarvan is het maken van chips die geheel uit eiwitten zijn opgebouwd. “Het bleek prima te doen te zijn om proteïnen op een substraat te bevestigen en daar verder mee te werken. De eerste tests van dergelijke arrays zijn al geslaagd”, zegt Rich Fisler van Packard BioSciences. Argonne zit inmiddels ook niet stil, het laboratorium heeft een opdracht van hoge prioriteit gekregen om bepaalde sensoren te ontwikkelen. In eerste instantie vraagt de Amerikaanse overheid om een schakeling die het miltvuur-virus kan detecteren. Voor dat doel wordt ook een speciale militaire uitvoering gemaakt die de heftige condities op het slagveld kan doorstaan. De VS zijn nog steeds bang verwikkeld te raken in een oorlog die met biologische wapens wordt uitgevochten. Een probleem is wel de lange tijd die nodig is om zo’n geavanceerde sensor alleen al te maken. Dit duurt, volgens een voorzichtige schatting zo’n anderhalf jaar. En daarna moeten de meetinstrumenten ook nog gemaakt worden.