Simpel urintest bruger nanoteknologi til at opdage farlige blodpropper

Livstruende blodpropper kan dannes hos enhver, der sidder på et fly i lang tid, er bundet til sengen, mens han kommer sig efter operationen, eller tager visse lægemidler.

Der er ingen hurtig og nem måde at diagnosticere disse blodpropper på, som ofte forbliver uopdaget, indtil de bryder fri og forårsager et slagtilfælde eller hjerteanfald. Imidlertid, ny teknologi fra MIT kan snart ændre det:Et team af ingeniører har udviklet en måde at opdage blodpropper ved hjælp af en simpel urintest.

Den ikke-invasive diagnostik, beskrevet i et nyligt nummer af tidsskriftet ACS Nano , er afhængig af nanopartikler, der detekterer tilstedeværelsen af ​​thrombin, en vigtig blodkoagulationsfaktor.

Et sådant system kunne bruges til at overvåge patienter, der har høj risiko for blodpropper, siger Sangeeta Bhatia, senior forfatter af papiret og John og Dorothy Wilson professor i biokemi.

"Nogle patienter har større risiko for at størkne, men eksisterende blodprøver er ikke konsekvent i stand til at påvise dannelsen af ​​nye blodpropper, " siger Bhatia, som også er senior associeret medlem af Broad Institute og medlem af MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research og Institute for Medical Engineering and Science (IMES).

Hovedforfatterne af papiret er Kevin Lin, en kandidatstuderende i kemiteknik, og Gabriel Kwong, en postdoc i IMES. Andre forfattere er Andrew Warren, en kandidatstuderende i Sundhedsvidenskab og Teknologi (HST), og tidligere HST postdoc David Wood.

Sanser trombin

Blodkoagulation produceres af en kompleks kaskade af proteininteraktioner, kulminerer i dannelsen af ​​fibrin, et fibrøst protein, der forsegler sår. Det sidste trin i denne proces - omdannelsen af ​​fibrinogen til fibrin - styres af et enzym kaldet thrombin.

Nuværende test for blodpropper er meget indirekte, siger Bhatia. En, kendt som D-dimer testen, ser efter tilstedeværelsen af ​​fibrinbiprodukter, hvilket indikerer, at en blodprop er ved at blive nedbrudt, men vil ikke opdage dens oprindelige dannelse.

Bhatia og hendes kolleger udviklede deres nye test baseret på en teknologi, de første gang rapporterede sidste år til tidlig påvisning af tyktarmskræft. "Vi indså, at den samme teknologi ville fungere for blodpropper, " siger hun. "Så vi tog den test, vi havde udviklet før, som er en injicerbar nanopartikel, og gjorde det til en trombinsensor."

Systemet består af jernoxidnanopartikler, som Food and Drug Administration har godkendt til human brug, belagt med peptider (korte proteiner), der er specialiserede til at interagere med thrombin. Efter at være blevet injiceret i mus, nanopartiklerne rejser gennem hele kroppen. Når partiklerne møder trombin, thrombinet spalter peptiderne på et bestemt sted, frigiver fragmenter, der derefter udskilles i dyrenes urin.

Når urinen er opsamlet, proteinfragmenterne kan identificeres ved at behandle prøven med antistoffer, der er specifikke for peptidmærker inkluderet i fragmenterne. Forskerne viste, at mængden af ​​disse mærker fundet i urinen er direkte proportional med niveauet af blodpropper i musenes lunger.

I den tidligere version af systemet, rapporterede i december sidste år i Natur bioteknologi , forskerne brugte massespektrometri til at skelne fragmenterne efter deres masse. Imidlertid, at teste prøver med antistoffer er meget enklere og billigere, siger forskerne.

Hurtig screening

Bhatia siger, at hun forestiller sig to mulige anvendelser til denne form for test. Den ene er at screene patienter, der kommer på skadestuen og klager over symptomer, der kan tyde på en blodprop, giver læger mulighed for hurtigt at triage sådanne patienter og afgøre, om der er behov for flere tests.

"Lige nu ved de bare ikke, hvordan de effektivt skal definere, hvem de skal lave den mere omfattende workup på. Det er en af ​​de ting, du ikke har råd til at gå glip af, så patienter kan få en unødvendig dyr behandling, " siger Bhatia.

En anden applikation er overvågning af patienter, der har høj risiko for en blodprop – f.eks. mennesker, der skal bruge meget tid i sengen på at komme sig efter operationen. Bhatia arbejder på en urinpindstest, ligner en graviditetstest, som lægerne kunne give patienterne, når de går hjem efter operationen.

"Hvis en patient er i risiko for trombose, du kunne sende dem hjem med en 10-pakning af disse pinde og sige, 'Tiss på det her hver anden dag og ring til mig, hvis det bliver blåt, '" hun siger.

Teknologien kan også være nyttig til at forudsige gentagelse af blodpropper, siger Henri Spronk, en assisterende professor i biokemi ved Maastricht University i Holland.

"Høje niveauer af aktiveringsmarkører har været relateret til tilbagevendende trombose, men de har ikke god følsomhed eller specificitet. Gennem påføring af nanopartikler, hvis det har vist sig at være veltolereret og ikke-toksisk, ændringer i de normale lave niveauer af fysiologisk thrombindannelse kan let påvises, "siger Spronk, som ikke var en del af forskerholdet.

Bhatia planlægger at lancere et firma for at kommercialisere teknologien, med finansiering fra MIT's Deshpande Center for Teknologisk Innovation. Andre anvendelser for nanopartikelsystemet kunne omfatte overvågning og diagnosticering af kræft. Det kan også tilpasses til at spore lever, lunge, og nyrefibrose, siger Bhatia.

Artiklen har titlen "Nanopartikler, der registrerer thrombinaktivitet som syntetiske urinbiomarkører for trombose."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.