Топ-10 видео о самых быстрых амплификаторах

Рейтинг составила Надежда Кузнецова, старший научный сотрудник ЦНИИ Эпидемиологии Роспотребнадзора

Сегодня ни одна клиническая, а уж тем более научная лаборатория не обходится без амплификатора — прибора для проведения полимеразной цепной реакции, ПЦР, мощного инструмента изучения нуклеиновых кислот из разных источников (эссе изобретателя ПЦР Кэри Муллиса читайте у нас на сайте). Со времени появления прототипа первой ПЦР-машины Mr. Cycle (PerkinElmer Cetus Instruments) прошло уже больше 30 лет и за это время амплификаторы стали меньше, быстрее и научились детектировать сигнал в реальном времени. Эта подборка видео — о том, как обеспечивается высокая производительность современных термоциклеров от разных фирм-производителей. Попадаются довольно необычные решения.

ПЕРВЫЕ ТРИ РОЛИКА — ПРО ПОЛНОСТЬЮ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ПЛАТФОРМЫ.

Первые приборы, автоматически выполняющие все операции. От оператора требуется только загрузить образец и нажать кнопку “старт”, все остальное платформы сделают сами. Выделят и очистят ДНК и РНК, смешают все смеси и проведут амплификацию. На все про все — 1 час. Просто мечта лаборанта любой ПЦР лаборатории. Здесь мы оцениваем скорость от исходного образца до результата ПЦР, а не по собственно производительности амплификатора.

Самый наглядный ролик о том, что происходит внутри системы на уровне молекулярной биологии. Платформа LX6 – создание американской компании LexaGene (США).

LX6 даже не с чем сравнить. Одна такая. Здесь используются одноразовые сменные картриджи для концентрирования и очистки генетического материала, микрофлюидный модуль для смешивания компонентов амплификации, ну и собственно сам термоциклер с детекцией сигнала в режиме “реального времени”. ПЦР проходит в трубках, а не в привычных для нас пробирках. Прибор может обрабатывать шесть образцов за раз, что, может быть, не очень впечатляет по сравнению с амплификаторами на 96 проб, но вспомним, что здесь все автоматически. Каждый образец может быть протестирован на 22 патогена, и это уже довольно много.

Прекрасная анимация о молекулах внутри прибора, о том, что никогда не увидит исследователь.

48 мишеней одновременно. Платформа QIAstat-Dx от QIAGEN (Нидерланды)

22 патогена за час — это просто отлично, а вот QIAstat-Dx может выявлять сразу 48 мишеней за то же самое время. QIAstat-Dx (QIAGEN, Нидерланды) — так теперь называется платформа DiagCORE (STAT-Dx, Испания), после того как компания STAT-Dx стала частью мега корпорации QIAGEN. Платформа состоит из двух частей: DiagCORE-анализатор и DiagCORE-картридж. Картриджи одноразовые, образцы загружаются прямо в картридж, а дальше уже внутри картриджа происходит экстракция нуклеиновых кислот, а затем и ПЦР. Один картридж — один образец.

Анимация в стиле техно — как двигаются части машинки с образцом.

Сырая кровь. Рабочая станция QuRapID, которую сделали в компании BioGene Ltd (Англия) позволяет идентифицировать возбудителей прямо из крови или сыворотки. Так, оказывается, тоже уже можно!

QuRapID — по сути термоциклер из восьми мини-станций, способный проводить исследование до 8 образцов крови одновременно и независимо друг от друга. Особенность прибора — ПЦР идет без очистки и выделения ДНК. Для высвобождения ДНК и РНК используется контролируемое низкотемпературное замораживание-оттаивание, а затем в том же картридже происходит ПЦР. Проблема ингибирования ПЦР компонентами сырой крови решается с помощью оптимизации реагентов. Тест занимает всего 1 час. Прибор создавался для скрининга пациентов во время вспышек в полевых условиях. Капля крови, прибор и картридж — это все что нужно для теста.

Сам ролик, к сожалению, не такой зрелищный, как у LexaGene и QIAGEN, оно и понятно, делали сами как могли.

СЛЕДУЮЩИЕ СЕМЬ ВИДЕО — ПРО СОБСТВЕННО ПЦР-МАШИНЫ. САМЫЕ СКОРОСТНЫЕ.

Ультрабыстрый. Амплификатор NEXTGENPCR компании Molecular Biology Systems B.V. (Нидерланды).

Это амплификатор без детекции, однако он интересен тем, что в нем нет традиционного термоэлектрического преобразователя элемента Пельтье. Смена температурных режимов реализована иначе, а именно: прибор быстро перемещает микроплашку между тремя температурными зонами (денатурация-отжиг-элонгация). Лунки микроплашки имеют ультратонкие стенки (менее 50 микрометров), а конструкция прибора позволяет смеси ПЦР достигать требуемой температуры почти мгновенно. Скорость действительно сумасшедшая – 30 циклов за 2 минуты!

Видео простенькое, зато на процесс перемещения по зонам можно смотреть бесконечно, как на чужую работу.

Резистивный нагрев. xxpress — термоциклер с детекцией сигнала в режиме “реального времени” от BJS Biotechnologies (Англия).

В этом приборе тоже нет элемента Пельтье, потому что конструкция самой плашки xxplate позволяет подвергать её резистивному нагреву. Система нагрева использует несколько дискретных источников питания и несколько разных соединений для пропускания тока через xxplate, что дает возможность управления нагревом. В результате производительность xxpress — 40 циклов за 22 минуты (сравним со стандартными 1,5 часами).

В этом ролике, сделанном по принципу видеолекции со слайдами и прекрасной девушкой-менеджером, сравниваются термоблок на основе элемента Пельтье и xxplate.

Реакционные плашки. Корейские амплификаторы GENECHECKER UF-150 (Genesystem) и LabChip Real-time PCR G2-4 (Nanobiosys).

Ставка сделана на использование микрофлюидных плашек вместо пробирок. Обе компании запатентовали конструкцию плашек. GENECHECKER UF-150 может совершить 40 циклов за 20 минут, а LabChip Real-time PCR G2-4 делает 30 циклов за 9 минут.

Плашка Rapi:chip — ноу-хау компании Genesystem. Нижняя поверхность Rapi:chip изготовленная из тонкой пленки находится в плотном контакте с тепловым блоком, что облегчает эффективную передачу тепла от термоблока к образцу. Сам образец загружают в широкие плоские лунки в чипе, объем реакционной смеси — 10 мкл.

Плашка LabChip разработана на основе моделирования программой COMSOL 3.5 (COMSOL, Швеция) для обеспечения плавного тока жидкости в каналах плашки. Образец также загружают в широкие плоские лунки в чипе, откуда он попадает в узкие каналы, где и идет реакция. Объем реакционной смеси 15 мкл.

В качестве бонуса дополнительно к топ-10 — видео с изобретателем.

Наименьший объем. Lumex Instruments (Канада) со своим скоростным амплификатором AriaDNA.

Прибор на основе микрочипов. ПЦР проходит в крошечных лунках, в объеме 1 мкл. Дно лунок микрочипа имеет специальное гидрофильное покрытие, чтобы ваш микролитр образца попал куда надо. Такие микрообъемы смеси позволяют прибору закончить 45 циклов за 20 минут.

В ролике вам покажут чипы, ювелирное мастерство раскапки и ход ПЦР.

Первый в мире лазерный! Амплификатор Pharos V8 от немецкой компании GNA Biosolutions.

В основе лазерной ПЦР лежит нагревание лазером наночастиц золота, находящихся в реакционной смеси. Наночастицы при облучении лазером почти мгновенно нагреваются и так же быстро остывают в реакционной смеси, когда лазер выключается. К наночастицам пришивают праймеры и уже в таком виде добавляют к стандартным ПЦР реагентам (полимераза, dNTPS, магний и т. д.) и целевой ДНК. Привычное нам циклование отсутствует, а результат ПЦР может быть получен в течение 10 минут. Сложно представить, что можно это сделать еще быстрее.

Очень красочный ролик! А картинка в конце ролика вообще похожа на салют, когда амплификация и флуоресценция идет на всех наночастицах.

Два Джона Корбета с магнитной индукцией. Mic qPCR Cycler компании Bio Molecular Systems.

И наконец, Mic qPCR Cycler — новое детище создателей Rotor-Gene 6000. В новом приборе Mic qPCR Cycler образцы нагреваются не с помощью элемента Пельтье, а магнитной индукцией. Охлаждение идет потоком воздуха. Это обеспечивает быстрое циклирование — 35 циклов за 25 минут. А еще он такой маленький!

Этот ролик, по сути, рассказ двух изобретателей, австралийцев, отца и сына, которых зовут одинаково John Corbett. Это те самые люди, которые придумали Rotor-Gene 6000 (один из самых популярных амплификаторов на рынке), их компания называлась Corbett (до приобретения QIAGEN). Заскучали, не удержались, придумали новый амлификатор и основали компанию Bio Molecular Systems.