Forskere udvikler ny metode til hurtigt, pålideligt overvåge seglcellesygdom

Seglcellesygdom er en arvelig lidelse, der påvirker røde blodlegemer, forvrængning af deres naturlige skiveform til en halvmåne- eller "segl"-form. Normale røde blodlegemer bevæger sig frit gennem små kar i hele kroppen for at levere ilt. Med seglcellesygdom, de misdannede røde blodlegemer bliver hårde og klistrede, gør det svært for dem at bevæge sig gennem blodkarrene. De blokerer til sidst strømmen og går i stykker. Denne proces resulterer i en række problemer, herunder alvorlige kroniske smerter, slag, organskader, milt dysfunktion, hjertesvigt og endda død.

Seglcellesygdom påvirker millioner af mennesker af mange nationaliteter over hele verden, herunder både børn og voksne. En stor udfordring i håndteringen af ​​sygdommen er den enorme smerte, som patienter udsættes for fra kroniske og akutte smerteepisoder kaldet smertekrise. Desværre, disse smerteepisoder er uforudsigelige, og patienterne ved aldrig, hvornår eller hvor disse episoder vil finde sted.

Nuværende metoder til at påvise og overvåge seglcellesygdom er hovedsageligt afhængige af optisk mikroskopi, hvilket er tidskrævende, forårsager forsinkelser i at fange vigtige ændringer, og desuden, fanger ikke ændringer i realtid. Morfologiske ændringer på grund af gentagne celle-sickling-hændelser kan føre til permanent celleskade. For effektivt at håndtere seglcellesygdom, tid er essensen.

Forskere fra Florida Atlantic University's College of Engineering and Computer Science har udviklet en hurtig og pålidelig ny metode til kontinuerligt at overvåge seglcellesygdom ved hjælp af en mikrofluidik-baseret elektrisk impedanssensor.

Resultaterne af undersøgelsen, offentliggjort i American Chemical Societys tidsskrift ACS sensorer , viser, at denne nye teknologi kan karakterisere de dynamiske celle segl- og afseglingsprocesser i seglblod uden brug af mikroskopisk billeddannelse eller biokemiske markører.

Med denne metode, Sarah E. Du, Ph.D., seniorforfatter og adjunkt ved FAU's Institut for Hav- og Maskinteknik, og medforfattere fra FAU's College of Engineering and Computer Science og University of Miami, var i stand til at karakterisere hastigheden af ​​seglceller og procentdelen af ​​seglceller, som er vigtige medvirkende faktorer for unormal blodgennemstrømning og seglcelle vaso-okklusion. Vaso-okklusion forårsager akut smerte hos patienter på grund af ændrede former for hæmoglobin.

"Kombinationen af ​​elektrisk impedansmåling og on-chip hypoxi kontrol giver en lovende metode til hurtig vurdering af de dynamiske processer af celle segl og afsegling hos patienter med seglcellesygdom, sagde Du. elektrisk impedansmåling er naturligt kvantitativ, realtid, og tilbyder en bekvemmelighed i direkte eller indirekte kontakt med prøverne af interesse, tillader integrationer til mikrofluidikplatform og optisk mikroskopi."

Resultater fra undersøgelsen viser, at samtidig mikroskopisk billeddannelse af morfologiske ændringer i cellen demonstrerede pålideligheden og repeterbarheden af ​​de elektriske impedans-baserede målinger af celle-sickling og -segl-processer.

I undersøgelsen, forskerne etablerede også sammenhængen mellem in vitro-målingerne og patienternes hæmatologiske parametre, såsom niveauerne af seglhæmoglobin (HbS) og føtalt hæmoglobin (HbF). Disse resultater viser en potentiel klinisk relevans, fordi den fungerer som et bevis på begrebet elektrisk impedans som en etiketfri, biofysisk markør for cellesyndhændelser samt et følsomt værktøj til at sondere de dynamiske cellulære og subcellulære processer ud over den optiske mikroskopi. Den udviklede elektriske impedanssensor kan potentielt bruges til at vurdere risikoen for vaso-okklusion, sygdoms sværhedsgrad, og terapeutisk behandling ved seglcellesygdom.

"Når vi flytter vores teknologi fremad, det er vores håb at give patienter med seglcellesygdom en bærbar, selvstændig sensor, der gør dem i stand til bekvemt selv at overvåge de hæmatologiske parametre for deres sygdom og evaluere deres risiko for vaso-okklusion, " sagde Du.

I USA, seglcellesygdom påvirker uforholdsmæssigt afroamerikanere såvel som latinamerikanere og dem af mellemøstlig afstamning. Cirka 2 millioner amerikanere bærer denne genetiske mutation, som påvirker omkring 100, 000 individer i USA. De mest almindelige og alvorlige problemer forårsaget af seglcellesygdom er anæmi, smerter og organsvigt, og slagtilfælde rammer omkring 10 ud af 100 børn, der har denne sygdom. I øjeblikket, den forventede levetid for patienter med seglcellesygdom kan nå op til 50 år, en dramatisk forbedring siden 1973, når den gennemsnitlige levetid for sygdommen kun var 14 år.

"Patienter med seglcellesygdom støder på en række udfordringer, når de forsøger at håndtere deres tilstand. Manglende evne til at overvåge deres sygdom i realtid er især problematisk for patienter såvel som klinikere, " sagde Stella Batalama, Ph.D., dekan for FAU's Ingeniør- og Datalogihøjskole. "Professor Du's banebrydende forskning har potentialet til at give patienter med seglcellesygdom verden over den samme bekvemmelighed og pålidelighed til at overvåge deres sygdom som patienter med diabetes, der bruger glukosemonitorer."