Neuartiges gerät misst steifheit und klebrigkeit von roten blutkörperchen


Neuartiges gerät misst steifheit und klebrigkeit von roten blutkörperchen

Forscher haben ein vielseitiges Gerät geschaffen, das zwei wichtige Eigenschaften von roten Blutkörperchen misst, die für Sichelzelle und andere Krankheiten relevant sind: Verformung und Adhäsion.

Durch die Beurteilung des Ausmaßes der Steifheit und der Klebrigkeit der roten Blutkörperchen eines Patienten könnte die mikrofluidische Vorrichtung eine Möglichkeit bieten, das Fortschreiten der Sichelzellkrankheit zu überwachen.

Bildnachweis: Grace Gongaware, Cleveland Institute of Art

Das Team von der Case Western Reserve University (CWRU) in Cleveland, OH, beschreibt das innovative Gerät - eine mikrofluidische Plattform mit einem Computeralgorithmus, der die Mathematik macht - in einem Papier, das in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Technologie .

Sichelzellkrankheit ist eine Gruppe von erblichen Erkrankungen der roten Blutkörperchen. Menschen mit der Krankheit haben abnorme Hämoglobin - das Protein, das Sauerstoff trägt - in ihren roten Blutkörperchen. Das abnormale Hämoglobin heißt Sichel-Hämoglobin.

Rote Blutzellen, die normales Hämoglobin enthalten, sind flexibel und geformt wie ein Donut mit einem dünnen flachen Bereich in der Mitte anstelle eines Loches. Dies ermöglicht es ihnen, um Kurven in Blutgefäßen zu quetschen und durch kleinere, um lebenswichtigen Sauerstoff zu Geweben und Organen zu liefern.

Allerdings hat Sichel-Hämoglobin eine Tendenz, steife Stäbchen in der roten Blutkörperchen zu bilden - sie in die Halbmond- oder Sichelform zu verwandeln, die der Krankheit ihren Namen gibt.

Rote Blutkörperchen, die Sichel-Hämoglobin enthalten, sind weniger flexibel als normale rote Blutkörperchen und neigen auch dazu, klebriger zu sein. Diese beiden Merkmale erhöhen das Risiko, dass sie eine Blockade in einem Blutgefäß verursachen und die Zufuhr von Sauerstoff in nahe gelegene Gewebe und Organe behindern.

Wenn eine solche Blockade auftritt, verursacht es einen plötzlichen und schweren Anfall von Schmerzen - eine Schmerzkrise genannt - das ist typisch für Sichelzellkrankheit. Schmerzen Krisen auftreten, ohne Vorwarnung und oft benötigen Krankenhausaufenthalt für eine wirksame Behandlung.

Im Extremfall kann die Blockade von Blutgefäßen bei Sichelzellkrankheit zu weitverbreiteten Organschäden und frühem Tod führen.

Derzeit ist die einzige Möglichkeit, Sichelzellkrankheit zu heilen, mit einer Stammzelltransplantation. Aber leider sind die meisten Patienten entweder zu alt für eine Transplantation oder haben keinen Verwandten mit einer gut genug genetischen Übereinstimmung, um transplantierbare Stammzellen zu erhalten.

Wirksame Behandlungen bestehen und diese können Symptome reduzieren und das Leben verlängern. Frühe Diagnose und regelmäßige Überwachung zur Vermeidung von Komplikationen hilft auch.

Potenzielle Überwachung der Progression der Krankheit

Durch die Beurteilung des Ausmaßes der Steifheit und Klebrigkeit oder der "dynamischen Verformbarkeit und Adhäsion" von roten Blutkörperchen bietet das neue mikrofluidische Gerät ein großes Potenzial, um das Fortschreiten der Sichelzellkrankheit zu überwachen, die Forscher zu beachten.

Sie sagen, das Gerät könnte auch helfen, mit der Forschung und die Entwicklung neuer Behandlungen für Sichel-Zell-Krankheit.

Weitere Möglichkeiten zur Messung von Steifheit und Klebrigkeit in roten Blutkörperchen - wie z. B. Atomkraftmikroskopie und optische Pinzette - existieren, aber sie eignen sich nicht, mit Vollblut in einer klinischen Umgebung zu arbeiten, sagen die Forscher.

Sie bemerken, dass ihre Vorrichtung die Steifheit einer einzelnen roten Blutkörperchen beurteilen kann, und auch, indem sie die Blutgefäß-Eigenschaften nachahmt, die Klebrigkeit der roten Blutkörperchen aus Vollblut von Sichelzellpatienten beurteilen.

Lead-Ermittler Umut Gurkan, Assistenzprofessorin der CWRU-Abteilung für Mechanik und Luft- und Raumfahrttechnik, sagt:

"Das hier entwickelte mikrofluidische System hat das Potenzial, mit einem integrierten automatisierten Bildverarbeitungsalgorithmus zur Messung von RBC [roter Blutkörperchen] Verformbarkeit und Adhäsion im Blut der Patienten mit hohem Durchsatz eingesetzt zu werden."

Die Autoren erklären, dass gesunde rote Blutzellen einer reversiblen Verformung unterliegen, wenn sie um den Körper in Blutgefäßen zirkulieren. Sie reagieren auf "flüssige Schubspannungen" extrem schnell - sie können sich biegen und ihre Form im Raum von 100 Millisekunden zurückgewinnen.

"Wechselspiel zwischen dynamischer Verformbarkeit und erhöhter Haftung"

Um die dynamische Verformbarkeit von roten Blutkörperchen zu beurteilen, nutzten die Forscher, was sie einen dynamischen Deformierbarkeitsindex (DDI) nennen, den sie als "zeitabhängige Veränderung des Seitenbildes der Zelle" definieren. Im Wesentlichen ist die DDI einer Zelle ein Maß dafür, wie schnell sie nach dem Erleben einer Strömungsschubspannung wieder in ihre normale Form zurückkehrt.

In ihrer Arbeit beschreibt das Team eine Reihe von Tests, bei denen sie den DDI von deformierbaren und nicht deformierbaren roten Blutkörperchen messen.

Die Forscher verglichen auch die Adhäsion von deformierbaren und nicht verformbaren roten Blutkörperchen aus Blutproben, die von Sichelzellpatienten genommen wurden. Sie testeten die Klebrigkeit der Zellen unter verschiedenen Strömungsschubspannungen - sowohl innerhalb als auch außerhalb von Gebieten, die in normalen Blutgefäßen erlebt wurden.

Sie fanden heraus, dass bei Strömungsschub-Spannungen "weit über dem physiologischen Bereich" nicht-deformierbare Sichel-Rote Blutkörperchen viel klebriger waren als deformierbare, sichelförmige rote Blutzellen ", was auf ein Zusammenspiel von dynamischer Verformbarkeit und erhöhter Adhäsion von roten Blutkörperchen hindeutet, wenn Blutgefäße vorliegen Blockierung erfolgt

Das Team schlägt vor, dass das Gerät auch nützlich sein kann, um die Verformung von Zellen zu untersuchen, die bei anderen Krankheiten relevant sein könnten - wie Diabetes, Malaria und die Knochenmarksstörung Polycythämie vera.

Die Forscher planen, rote Blutkörperchen-Steifheit und Klebrigkeit bei Patienten mit mehr Sichelzellen zu untersuchen, damit sie die beiden Eigenschaften mit anderen Krankheiten und Patienteneigenschaften verknüpfen können.

Da die Technologie für die Herstellung von ihnen billiger und weit verbreitet ist, verwenden immer mehr Forscher mikrofluidische Geräte in allen Arten von Möglichkeiten zu untersuchen, zu diagnostizieren und vielleicht sogar behandeln Krankheit.

Beispielsweise, Medical-Diag.com Vor kurzem gelernt, wie ein "IVF-Chip" mit Mikrofluidik mit bildgebenden Verfahren ermöglicht es Forschern, eine einzelne Sperma Fusion mit einer Eizelle zu filmen.

Und im Mai 2015, ein weiterer Artikel beschrieben, wie Wissenschaftler mit mikrofluidischen Technologie zur Entwicklung neuer Immuntherapie Impfstoffe. Mit mikrofluidischen Technologie können sie die Immunsystem-B-Zellen quetschen, so dass ihre Membranen temporäre Löcher entwickeln, durch die Antigene, die spezifische Immunantworten programmieren, eingefügt werden können.

Book 2, Chapter 01 - Our Mutual Friend by Charles Dickens - Of an Educational Character (Video Medizinische Und Professionelle 2018).

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