211service.com
Konstgjord mjälte ger hopp om snabbare diagnostik och behandling av sepsis
Genom att dra nytta av de senaste framstegen inom nanoteknik och mikrofluidik har forskare gjort betydande framsteg mot en enhet som kan användas för att snabbt ta bort patogener från blodet hos patienter med sepsis, ett potentiellt livshotande tillstånd som uppstår när en infektion sprids i hela kroppen via blodomloppet.
Blodrengöringsmedel: Den här enheten använder mikrofluidik och nanoteknik för att ta bort patogener från blod innan det återförs till kroppen.
Det nya systemet fungerar effektivt som en konstgjord mjälte som filtrerar blodet med hjälp av magnetiska nanopärlor som är konstruerade för att hålla fast vid mikroorganismer och toxiner. Efter att blod har tagits bort och blandat med pärlorna, körs det genom en anordning som använder en magnetfältsgradient för att extrahera de nanopärlbundna bakterierna. Sedan återförs blodet till kroppen.
Ingenjörer vid Harvard University Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering , där tekniken är under utveckling, hoppas också att enheten kommer att kunna identifiera den specifika mikroorganismen som orsakar problemet, vilket kan hjälpa läkare att bestämma den mest effektiva antibiotikabehandlingen snabbare än de kan med konventionella diagnostiska tester.
Vid en vetenskaplig konferens vid Harvard Medical School förra veckan, Donald Ingber , en av teknikens uppfinnare och chef för Wyss Institute, sa att hans grupp har uppmuntrats av preliminära resultat från tester av blodrenande terapi på råttor. Institutet nyligen meddelat att det skulle använda pengar från ett kontrakt på 9,25 miljoner dollar med försvarsdepartementets Advanced Research Projects Agency (DARPA) för att hjälpa till att påskynda dess översättning till människor som en ny typ av sepsisterapi.
Sepsis, som dödar miljontals människor över hela världen varje år, uppstår när kemikalier som kroppen släpper ut för att bekämpa en infektion i blodomloppet utlöser en inflammatorisk reaktion i hela kroppen. De värsta fallen kan leda till fel på flera organ. Eftersom vilken som helst av en rad organismer kan orsaka problemet, ges en patient som tros ha sepsis vanligtvis ett så kallat bredspektrumantibiotikum medan läkare odlar blodet i ett försök att identifiera den specifika organismen som är felet så att de kan ordinera specifikt antibiotikum som riktar sig mot det. Denna process kan ta flera dagar.
Men det bredspektrumantibiotikum fungerar inte alltid, och i många fall lyckas inte blodkulturen identifiera patogenen. Samtidigt kan en försening av administreringen av rätt läkemedel med bara timmar minska en patients chans att överleva avsevärt. Studier har visat att varje timme en patient får fel antibiotikum – även ett starkt bredspektrumantibiotikum – ökar dödligheten med 5 till 9 procent, säger Ingber.
Sepsis är också en ledande mördare av soldater i strid. För att komma till rätta med detta problem siktar DARPA på att utveckla en bärbar dialysliknande behandling som snabbt skulle rena blod som har avlägsnats från kroppen och sedan returnera det. Den önskade tekniken skulle kunna ta bort många olika typer av patogener och skulle fungera utan behov av antikoagulantia, vilket kan få en skadad krigare att blöda ut. Dialyspatienter måste vanligtvis ta antikoagulantia så att deras blod inte koagulerar inuti dialysmaskinens slangar.
För att få inspiration för att närma sig denna utmaning tittade Ingber och hans kollegor på det mänskliga immunsystemet – specifikt på en klass av proteiner i blodet som fäster vid potentiellt skadliga mikroorganismer eller toxiner och markerar dem som mål för andra immunceller. Gruppen genmanipulerade ett sådant protein – känt för att binda till över 90 olika patogener, inklusive bakterier, svampar, virus, parasiter och toxiner – så att det fungerar som en beläggning för magnetiska nanopärlor, vilket ger dem förmågan att samla in smittämnen i blodomlopp.
En patients blod körs genom en extern enhet som innehåller ett system av mikrofluidkanaler, vars design är inspirerad av mjälten. I anordningen, som uppfinnarna kallar en mjälte-på-ett-chip, strömmar kontaminerat blod genom kanalerna tillsammans med en saltlösning. En magnetfältsgradient används sedan för att dra in nanopärlorna och deras bundna patogener i den lösningen. Genom att använda denna process har gruppen redan uppfyllt DARPAs mål att rena 1,25 liter blod per timme, och Ingber säger att han tror att de kan uppnå en ännu högre flödeshastighet.
Att fodra den inre ytan av kanalerna är ett nytt material som kallas SLIPS (hala, vätskeinfunderade porösa ytor) , inspirerad av Nepenthes kannaväxt och även utvecklad vid Wyss Institute. SLIPS förhindrar att proteiner och blodplättar fastnar på ytan av kanalerna och aktiverar koagulering.
Teknikens potential slutar inte där. Eftersom systemet kan ta bort och isolera patogener så effektivt, kan det ge en möjlighet att identifiera organismen som orsakar en patients infektion utan att behöva utföra en blododling, säger Michael Super , en senior personalforskare vid Wyss Institute. Detta skulle minska den tid som behövs för att bestämma det lämpliga antibiotikumet. Gruppen arbetar nu med att bygga in den förmågan i enheten.