211service.com
Kunstmatige milt biedt hoop op snellere diagnose en behandeling van sepsis
Door gebruik te maken van recente ontwikkelingen in nanotechnologie en microfluïdica, hebben onderzoekers aanzienlijke vooruitgang geboekt in de richting van een apparaat dat kan worden gebruikt om ziekteverwekkers snel uit het bloed van patiënten met sepsis te verwijderen, een potentieel levensbedreigende aandoening die optreedt wanneer een infectie zich door het lichaam verspreidt. via de bloedbaan.
Bloed reiniger: Dit apparaat maakt gebruik van microfluïdica en nanotechnologie om ziekteverwekkers uit het bloed te verwijderen voordat het in het lichaam wordt teruggebracht.
Het nieuwe systeem werkt effectief als een kunstmatige milt en filtert het bloed met behulp van magnetische nanobolletjes die zijn ontworpen om zich aan micro-organismen en toxines te hechten. Nadat het bloed is verwijderd en gemengd met de kralen, wordt het door een apparaat geleid dat een magnetische veldgradiënt gebruikt om de aan nanobeads gebonden ziektekiemen te extraheren. Daarna wordt het bloed teruggevoerd naar het lichaam.
Ingenieurs aan de universiteit van Harvard Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering , waar de technologie in ontwikkeling is, hopen ook dat het apparaat in staat zal zijn om het specifieke micro-organisme te identificeren dat het probleem veroorzaakt, wat artsen zou kunnen helpen om sneller de meest effectieve antibioticabehandeling te bepalen dan met conventionele diagnostische tests.
Op een wetenschappelijke conferentie aan de Harvard Medical School vorige week, Donald Ingber , een van de uitvinders van de technologie en de directeur van het Wyss Institute, zei dat zijn groep is aangemoedigd door voorlopige resultaten van tests van de bloedzuiverende therapie bij ratten. Het instituut onlangs bekend gemaakt dat het geld van een contract van $ 9,25 miljoen met het Advanced Research Projects Agency (DARPA) van het ministerie van Defensie zou gebruiken om de vertaling naar mensen te versnellen als een nieuw type sepsistherapie.
Sepsis, waaraan jaarlijks miljoenen mensen over de hele wereld overlijden, treedt op wanneer chemicaliën die het lichaam afgeeft om een infectie in de bloedbaan te bestrijden, een ontstekingsreactie in het hele lichaam veroorzaken. De ergste gevallen kunnen leiden tot het falen van meerdere organen. Aangezien elk van een reeks organismen het probleem kan veroorzaken, krijgt een patiënt waarvan wordt aangenomen dat hij sepsis heeft, gewoonlijk een zogenaamd breedspectrumantibioticum, terwijl artsen het bloed kweken in een poging het specifieke organisme te identificeren dat de fout heeft, zodat ze de specifiek antibioticum dat erop gericht is. Dit proces kan enkele dagen duren.
Maar het breedspectrumantibioticum werkt niet altijd en in veel gevallen kan de bloedcultuur de ziekteverwekker niet identificeren. Ondertussen kan het uitstellen van de toediening van het juiste medicijn met slechts enkele uren de overlevingskans van een patiënt aanzienlijk verminderen. Studies hebben aangetoond dat elk uur dat een patiënt het verkeerde antibioticum krijgt - zelfs een sterk breedspectrumantibioticum - de mortaliteit met 5 tot 9 procent toeneemt, zegt Ingber.
Sepsis is ook een leidende moordenaar van soldaten in de strijd. Om dit probleem aan te pakken, streeft DARPA naar de ontwikkeling van een draagbare dialyse-achtige therapie die bloed dat uit het lichaam is verwijderd snel zou reinigen en vervolgens zou teruggeven. De gewenste technologie zou in staat zijn om veel verschillende soorten ziekteverwekkers te verwijderen en zou functioneren zonder de noodzaak van anticoagulantia, waardoor een gewonde krijger kan bloeden. Dialysepatiënten moeten meestal anticoagulantia nemen, zodat hun bloed niet stolt in de slangen van de dialysemachine.
Voor inspiratie bij het aanpakken van deze uitdaging keken Ingber en zijn collega's naar het menselijke immuunsysteem - in het bijzonder naar een klasse van eiwitten in het bloed die zich hechten aan potentieel schadelijke micro-organismen of toxines en deze markeren als doelwitten voor andere immuuncellen. De groep heeft een dergelijk eiwit genetisch gemanipuleerd - waarvan bekend is dat het bindt aan meer dan 90 verschillende pathogenen, waaronder bacteriën, schimmels, virussen, parasieten en toxines - zodat het functioneert als een coating voor magnetische nanobeads, waardoor ze in staat zijn om infectieuze agentia te verzamelen in de bloedstroom.
Het bloed van een patiënt wordt door een extern apparaat geleid dat een systeem van microfluïdische kanalen bevat, waarvan het ontwerp is geïnspireerd op de milt. In het apparaat, dat de uitvinders een milt-op-een-chip noemen, stroomt besmet bloed door de kanalen naast een zoutoplossing. Een magnetische veldgradiënt wordt vervolgens gebruikt om de nanobeads en hun gebonden pathogenen in die oplossing te trekken. Met behulp van dit proces heeft de groep het doel van DARPA om 1,25 liter bloed per uur te reinigen al bereikt, en Ingber zegt dat hij gelooft dat ze een nog hogere stroomsnelheid kunnen bereiken.
Het binnenoppervlak van de kanalen wordt bekleed met een nieuw materiaal genaamd: SLIPS (gladde, met vloeistof doordrenkte poreuze oppervlakken) , geïnspireerd op de Nepenthes bekerplant en ook ontwikkeld aan het Wyss Institute. SLIPS voorkomt dat eiwitten en bloedplaatjes aan het oppervlak van de kanalen blijven kleven en stolling activeren.
Het potentieel van de technologie houdt daar niet op. Omdat het systeem pathogenen zo efficiënt kan verwijderen en isoleren, kan het een mogelijkheid bieden om het organisme dat de infectie van een patiënt veroorzaakt te identificeren zonder een bloedkweek uit te voeren, zegt Michael Super , een senior stafwetenschapper aan het Wyss Institute. Dit zou de hoeveelheid tijd die nodig is om het juiste antibioticum te bepalen, verminderen. De groep werkt nu aan het inbouwen van die mogelijkheid in het apparaat.