211service.com
Sztuczna śledziona daje nadzieję na szybsze diagnozowanie i leczenie sepsy
Wykorzystując najnowsze postępy w nanotechnologii i mikroprzepływach, badacze poczynili znaczne postępy w kierunku urządzenia, które można wykorzystać do szybkiego usuwania patogenów z krwi pacjentów z sepsą, potencjalnie zagrażającą życiu chorobą, która występuje, gdy infekcja rozprzestrzenia się po całym ciele przez krwioobieg.
Środek do oczyszczania krwi: To urządzenie wykorzystuje mikroprzepływy i nanotechnologię do usuwania patogenów z krwi przed zwróceniem jej do organizmu.
Nowy system skutecznie działa jak sztuczna śledziona, filtrując krew za pomocą magnetycznych nanokulek zaprojektowanych tak, aby przylegały do mikroorganizmów i toksyn. Po pobraniu krwi i zmieszaniu jej z kulkami jest ona przepuszczana przez urządzenie, które wykorzystuje gradient pola magnetycznego do ekstrakcji zarazków związanych z nanokulkami. Następnie krew wraca do organizmu.
Inżynierowie na Uniwersytecie Harvarda Wyss Institute for Biology Inspired Engineering , gdzie technologia jest w trakcie opracowywania, mają również nadzieję, że urządzenie będzie w stanie zidentyfikować konkretny mikroorganizm powodujący problem, co może pomóc lekarzom szybciej określić najskuteczniejszą terapię antybiotykową niż w przypadku konwencjonalnych testów diagnostycznych.
Na konferencji naukowej w Harvard Medical School w zeszłym tygodniu, Donald Ingber , jeden z wynalazców technologii i dyrektor Instytutu Wyssa, powiedział, że jego grupa została zachęcona wstępnymi wynikami testów terapii oczyszczającej krew u szczurów. Instytut niedawno ogłoszony że wykorzysta pieniądze z kontraktu o wartości 9,25 miliona dolarów z Agencją Zaawansowanych Projektów Badawczych Departamentu Obrony (DARPA) w celu przyspieszenia przełożenia go na ludzi jako nowego rodzaju terapii sepsy.
Sepsa, która każdego roku zabija miliony ludzi na całym świecie, występuje, gdy substancje chemiczne uwalniane przez organizm w celu zwalczania infekcji w krwiobiegu wywołują reakcję zapalną w całym ciele. Najgorsze przypadki mogą prowadzić do niewydolności wielu narządów. Ponieważ każdy z wielu drobnoustrojów może powodować problem, pacjentowi, u którego podejrzewa się sepsę, zwykle podaje się tak zwany antybiotyk o szerokim spektrum działania, podczas gdy lekarze posiewają krew, próbując zidentyfikować dany drobnoustrój, aby móc przepisać specyficzny antybiotyk, który będzie go celował. Ten proces może potrwać kilka dni.
Jednak antybiotyk o szerokim spektrum działania nie zawsze działa, aw wielu przypadkach posiew krwi nie identyfikuje patogenu. Tymczasem opóźnienie podania właściwego leku o zaledwie kilka godzin może znacznie zmniejszyć szanse pacjenta na przeżycie. Badania wykazały, że co godzinę pacjent otrzymuje niewłaściwy antybiotyk – nawet silny antybiotyk o szerokim spektrum działania – śmiertelność wzrasta o 5 do 9 procent, mówi Ingber.
Sepsis jest także czołowym zabójcą żołnierzy w walce. Aby rozwiązać ten problem, DARPA zamierza opracować przenośną terapię podobną do dializy, która szybko oczyściłaby krew usuniętą z organizmu, a następnie ją zwróciła. Pożądana technologia byłaby w stanie usunąć wiele różnych rodzajów patogenów i działałaby bez potrzeby stosowania antykoagulantów, które mogą spowodować wykrwawienie rannego wojownika. Pacjenci poddawani dializie zwykle muszą przyjmować antykoagulanty, aby ich krew nie krzepła w przewodach aparatu do dializy.
W poszukiwaniu inspiracji w podejściu do tego wyzwania, Ingber i jego koledzy przyjrzeli się ludzkiemu układowi odpornościowemu – w szczególności klasie białek we krwi, które wiążą się z potencjalnie szkodliwymi mikroorganizmami lub toksynami i oznaczają je jako cele dla innych komórek odpornościowych. Grupa genetycznie zmodyfikowała jedno takie białko – znane z tego, że wiąże się z ponad 90 różnymi patogenami, w tym bakteriami, grzybami, wirusami, pasożytami i toksynami – tak, aby działało jako powłoka dla magnetycznych nanokulek, dając im zdolność do gromadzenia czynników zakaźnych w krwioobieg.
Krew pacjenta przepływa przez urządzenie zewnętrzne, które zawiera system kanałów mikroprzepływowych, których konstrukcja inspirowana jest śledzioną. W urządzeniu, które wynalazcy nazywają śledzioną na chipie, skażona krew przepływa przez kanały obok roztworu soli fizjologicznej. Następnie stosuje się gradient pola magnetycznego, aby wciągnąć nanokulki i związane z nimi patogeny do tego roztworu. Korzystając z tego procesu, grupa osiągnęła już cel DARPA polegający na oczyszczeniu 1,25 litra krwi na godzinę, a Ingber twierdzi, że wierzy, że mogą osiągnąć jeszcze wyższy przepływ.
Wyłożenie wewnętrznej powierzchni kanałów to nowatorski materiał o nazwie SLIPS (śliskie porowate powierzchnie nasączone płynem) , inspirowany rośliną dzbankową Nepenthes, a także opracowany w Instytucie Wyssa. SLIPS zapobiega przywieraniu białek i płytek krwi do powierzchni kanałów i aktywuje krzepnięcie.
Potencjał technologii na tym się nie kończy. Ponieważ system może tak skutecznie usuwać i izolować patogeny, może dać możliwość zidentyfikowania organizmu powodującego infekcję pacjenta bez konieczności wykonywania posiewu krwi, mówi Michael Super , starszy pracownik naukowy Instytutu Wyssa. Skróciłoby to czas potrzebny do określenia odpowiedniego antybiotyku. Grupa pracuje obecnie nad wbudowaniem tej możliwości w urządzenie.