_ Oamenii de știință inventează monede- dispozitiv de dimensiuni mari pentru a izola rapid plasma sanguină pentru diagnosticare și medicină de precizie

Oamenii de știință de la Universitatea Tehnologică Nanyang, Singapore (NTU Singapore), au dezvoltat un cip de dimensiunea unei monede care poate izola direct plasma sanguină dintr-un tub de sânge în doar 30 de minute, ceea ce este mai convenabil și mai ușor de utilizat în comparație cu procesul de centrifugare în mai multe etape, standard de aur actual.

Denumit ExoArc, dispozitivul poate atinge o puritate ridicată a plasmei sanguine prin eliminarea a peste 99,9% de celule sanguine și trombocite precis și ușor într-un singur pas.

Acest lucru va accelera considerabil analiza clinică a moleculelor de ADN și ARN fără celule, precum și a nanoparticulelor cunoscute în mod obișnuit ca vezicule extracelulare. Aceste particule sunt adesea folosite pentru a detecta biomarkeri care sunt semne revelatoare specifice anumitor tipuri de cancer și boli.

În prezent, singura modalitate de a izola plasma sanguină este utilizarea unei centrifuge, care rotește probele de sânge la un nivel ridicat. viteze de separare a celulelor sanguine de plasmă.

Cu toate acestea, chiar și după două runde de rotație în centrifugă, vor exista în continuare unele celule și trombocite în plasma sanguină care se pot descompune sau degrada, eliberând bio suplimentare. -conținut, ducând astfel la materiale nedorite care afectează acuratețea testelor de diagnostic.

Ca dovadă de concept, echipa a construit un dispozitiv portabil prototip (măsurând 30 cm x 20 cm x 30 cm) pentru a găzdui Cip ExoArc (3,5 cm x 2,5 cm x 0,3 cm), care are o interfață mare cu ecran tactil pentru reglarea setărilor, precum și pompe și conducte interne pentru procesarea probelor de sânge și colectarea plasmei de sânge izolate.

Împreună cu clinicieni-oameni de știință de la Centrul Național al Cancerului din Singapore (NCCS), Spitalul Tan Tock Seng (TTSH) și Agenția pentru Știință, Tehnologie și Cercetare (A*STAR), echipa a validat clinic ExoArc analizând profilul microARN al sângelui plasmă la oameni sănătoși și pacienți cu cancer folosind un panou de biomarkeri și a descoperit că a fost capabilă să diagnosticheze cancerul pulmonar cu celule non-mici cu o sensibilitate de 90%.

Ca o inovație, ExoArc are în prezent două cereri de brevet depuse prin NTUitive, compania de inovare și întreprindere a NTU, și concluziile studiului său au fost publicate recent în ACS Nano.

Omul de știință principal al studiului, profesorul asociat NTU Hou Han Wei, a declarat că echipa își propune să găsească o soluție mai rapidă care să ar putea înlocui centrifuga, oferind totuși plasmă de înaltă calitate pentru screening-ul și cercetarea bolilor.

„Au trecut aproape 160 de ani de la inventarea primei centrifuge și aproximativ 50 de ani de când au devenit centrifugele moderne de mare viteză. un instrument standard în laboratoare pentru prepararea probelor de sânge. În ciuda acestor progrese, separarea lichidelor complexe, cum ar fi sângele, care cuprinde diferite tipuri de celule și o gamă diversă de materiale biologice, rămâne o provocare”, a explicat conf. Hou, inginer biomedical de la Școala de Inginerie Mecanică și Aerospațială și Școala Lee Kong Chian de Medicină (LKCMedicine).

„Prin valorificarea fenomenului de curgere unic în canale minuscule într-un cip care este aproximativ de dimensiunea unei monede de un dolar, acum putem separa eficient materialele biologice mici în funcție de dimensiunea lor, fără a folosi nicio formă fizică. membrana sau filtre. Am transformat această tehnologie inovatoare într-un dispozitiv de dimensiunea unei mici imprimante desktop, care include cipuri de plastic de unică folosință pentru a preveni contaminarea încrucișată în testele clinice.”

Coautor al lucrării, profesorul Darren Lim, senior consultant în Divizia de Oncologie Medicală de la NCCS și director de cercetare la Centrul pulmonar SingHealth Duke-NUS, a explicat importanța plasmei sanguine de înaltă calitate.

„Reducerea contaminării cu celulele sanguine degradate este crucială pentru acuratețea testelor de diagnosticare. Studiul nostru arată că acest dispozitiv permite diagnostice clinice mai rapide și mai precise, scăzând semnificativ timpul de așteptare pentru rezultatele testelor, reducând anxietatea pacienților. și, în cele din urmă, îmbunătățirea îngrijirii lor generale. Acest lucru este deosebit de important pentru tratamentul cancerului”, a spus profesorul Lim.

Într-o altă demonstrație a aplicației sale largi, echipa a folosit ExoArc pentru a studia moleculele de microARN din probele de plasmă sanguină de la indivizi sănătoși. și cei cu diabet zaharat de tip 2 folosind reacția cantitativă a polimerazei în lanț (PCR).

Din doar un tub de sânge, au identificat 293 de molecule diferite de microARN. Echipa de cercetare a descoperit, de asemenea, că profilul microARN din plasme și vezicule extracelulare de la persoanele cu diabet zaharat de tip 2 a avut o compoziție diferită în comparație cu participanții sănătoși. Acest lucru sugerează potențialul ExoArc de a ajuta la izolarea și identificarea biomarkerilor legați de boală.

Profesorul asociat Rinkoo Dalan, consultant senior specializat în diabet și endocrinologie la Spitalul Tan Tock Seng, a declarat că rezultatele inițiale sunt promițătoare și arată potențialul ExoArc de a ajuta la conducerea medicinei de precizie.

„Această tehnologie îi poate ajuta pe clinicieni să prezică și să gestioneze mai bine complicațiile afecțiunilor metabolice cronice precum diabetul, oferind informații mai precise, mai oportune și individualizate. Prin detectarea biomarkeri specifici cu acuratețe, putem adapta tratamentele la nevoile unice ale fiecărui pacient, îmbunătățind potențial rezultatele și îmbunătățind calitatea îngrijirii”, a spus conf. univ. Dalan, care este, de asemenea, o facultate de predare la LKCmedicine.

Actualul metoda standard de aur de izolare a plasmei sanguine se bazează pe centrifuge, care nu sunt sigure și depind în mare măsură de priceperea tehnicienilor care extrag manual plasma după fiecare rotire.

Chiar și după două runde de centrifugare, ceea ce poate durează până la o oră, celulele biologice reziduale pot rămâne în plasmă, putând contaminând testele ARN și conducând la rezultate inexacte.

Unul dintre motivele cheie este că testele de sânge sunt sensibile la timp, necesitând procesare într-un interval de timp. zi sau chiar câteva ore pentru a preveni degradarea rapidă a materialului biologic din celule. Această defalcare introduce ADN, ARN sau vezicule suplimentare în plasmă, ceea ce poate distorsiona rezultatele testelor.

Laboratoarele așteaptă de obicei să acumuleze mai multe probe de sânge înainte de a utiliza centrifuga, prelungind procesul de izolare cu câteva ore. Această întârziere, combinată cu durata extinsă a centrifugării și variabilitatea operatorului, face uneori dificilă compararea descoperirilor științifice între diferite laboratoare de cercetare.

Spre deosebire de mașina de centrifugare care procesează de obicei mai multe tuburi de probe de sânge, tehnologia ExoArc poate fi extins prin proiectarea mai multor canale pentru a izola simultan plasma sanguină pe măsură ce probele de sânge sunt primite în clinici sau spitale într-un mod mai rapid și mai consistent.

În viitor, acest proces ar putea fi automatizat într-un singur proces. proces în etape, care ar reduce semnificativ timpul necesar pregătirii probelor pentru testare și va eficientiza procesul de diagnosticare, contribuind potențial la reducerea costului total. Prin ajustarea limitei de dimensiune, această tehnologie de platformă poate fi utilizată și pentru a izola bacteriile sau virușii din sânge sau alte biofluide.

Dezvoltarea ExoArc este susținută de o dovadă a conceptului și o dovadă a valorii. grant din Fondul NTUitive Gap, în cadrul inițiativei NTU Inovation and Entrepreneurship. Această inițiativă urmărește să transforme cercetarea în inovații practice care abordează provocările societale, cum ar fi îmbătrânirea populației, și generează beneficii economice semnificative pentru Singapore.

(Fluierul)