Forscher entwickeln Point-of-Care-Gerät zur Erleichterung der Überwachung erblicher und hepatischer Stoffwechselstörungen
Ammonium ist ein Biomarker, der zur Diagnose einer Reihe seltener erblicher Stoffwechselstörungen verwendet wird, wie z Harnstoff-Zyklus. Ammonium ist auch nützlich bei der Untersuchung und Überwachung verschiedener Hepatopathien (Erkrankungen, die die normale Funktion der Leber beeinträchtigen), die durch den Konsum von Alkohol oder anderen Drogen, Medikamenten und anderen Umweltfaktoren verursacht werden.
Bei all diesen Erkrankungen wird ein Überschuss an Ammonium produziert, der die Gesundheit des Patienten gefährdet. Werte über 200 Mikromol pro Liter Blut gelten als schwere Fälle von Hyperammonämie (hohe Konzentration von Ammonium im Blut), die irreversible Schäden am Gehirn verursachen und sogar zum Tod führen können, wenn die Werte 500 Mikromol pro Liter überschreiten. Daher ist eine frühzeitige Diagnose in Echtzeit entscheidend, um die Auswirkungen einer Hyperammonämie-Episode auf neurologische Funktionen zu minimieren. Gegenwärtig müssen Patienten, bei denen Störungen diagnostiziert wurden, die Hyperammonämie-Episoden umfassen, regelmäßig ins Krankenhaus gebracht werden, wo eine Blutprobe entnommen wird, die dann im Labor behandelt und analysiert werden muss.
Forscher der Forschungsgruppe Sensoren und Biosensoren (GSB) der Abteilung für Chemie der UAB haben in Zusammenarbeit mit dem Krankenhaus Sant Joan de Déu und der UPC einen Point-of-Care (POC)-Analysator entwickelt, der das Niveau von überwacht Ammonium im Blut des Patienten mithilfe einer dezentralen Methode am Point-of-Care, anstatt Blutproben zur Analyse in Krankenhauslabors zu schicken, wo herkömmliche Geräte verwendet werden. Das neue Gerät zielt darauf ab, die Blutammoniumbestimmung zu dezentralisieren und die Analyse in kleineren Gesundheitszentren mit direkten Blutmessungen und ohne vorherige Behandlung zu ermöglichen. Dies würde eine Vervielfachung der Zahl der Überwachungsstellen, eine Vereinfachung des Prozesses und eine Verkürzung der für medizinische Entscheidungen erforderlichen Zeit bedeuten.
Die Erhöhung der Häufigkeit von Blutanalysen zur Bestimmung des Ammoniumspiegels ist von entscheidender Bedeutung.“
Mar Puyol, Studienleiter, UAB-Forscher
Sie fährt fort: „Die Reduzierung des Ammoniumüberschusses bei einem Patienten mit Hyperammonämie erfolgt durch Einschränkung der Proteinaufnahme, Verwendung von Medikamenten zur Verbesserung der Ammoniumausscheidung und Dialyse und Hämofiltration in den akutesten Fällen, so dass die Entwicklung des Patienten voranschreitet umso günstiger, je schneller die Ärzte handeln, und das lässt sich durch den Einsatz von Point-of-Care-Analyzern wie dem von uns entwickelten erreichen.“
Validierung im Krankenhaus
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Das Forschungsteam bereitet einen Prototyp vor, der teilautonom funktionieren soll. Sobald das Gerät fertig ist, wird es alle täglich im Krankenhaus Sant Joan de Déu analysierten Ammoniumproben mit der herkömmlichen Methode und mit der neuen, von Forschern entwickelten Ausrüstung messen. Dennoch warnt Puyol, dass „Hunderte von Proben erforderlich sein werden, bevor der endgültige Prototyp des Point-of-Care-Analysators validiert ist. Die nächste Stufe wird dann die Industrialisierung des Geräts sein, um es auf den Markt zu bringen. Es sind noch einige Phasen bis zum Erreichen des Ziels dieses Szenario, aber es wird erwartet, dass das Gerät zu einer wirtschaftlichen Alternative wird, die die Überwachung von Lebererkrankungen auch in Entwicklungsländern erleichtern kann“.
Funktionsweise des Geräts
Das Gerät verwendet eine mikrofluidische Plattform, die ein potentiometrisches Detektionssystem und eine Gastrennmembran umfasst. Auf diese Weise ist es möglich, das Ammonium in Form von Ammoniak automatisch vom Rest der komplexen Blutmatrix zu trennen, wodurch ein selektiver Nachweis frei von jeglichen anderen Arten von Störungen erreicht wird. Dies garantiert eine genaue und exakte Bestimmung der Ammoniumkonzentration im Vollblut und nicht im Plasma, das die herkömmliche Methode zur Analyse dieses Parameters ist.
Die Studie unter der Leitung der Forscher Julián Alonso-Chamarro und Mar Puyol Bosch von der Forschungsgruppe Sensoren und Biosensoren der Fakultät für Chemie der UAB ist das Ergebnis eines Proof-of-Concept-F&E&I-Projekts (PDC2021-121558-I00), das durchgeführt wurde in Zusammenarbeit mit den Forschern Rafael Artuch vom Hospital Sant Joan de Déu (HSJD) und Javier Rosell vom Forschungszentrum für Biomedizinische Technik (CREB) der UPC. Diese Studie beinhaltet die Unterstützung und Beteiligung der Fundación PKU-OTM (Phenylketonurie und andere erbliche Stoffwechselstörungen). Die Validierung des Systems wird am Hospital Sant Joan de Déu in Barcelona durchgeführt.
Quelle:
Universitat Autònoma de Barcelona
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