US-Patent für neuartiges Werkzeug zur zuverlässigen Diagnose und Überwachung von Sichelzellanämie erteilt

In den Vereinigten Staaten sind etwa 100.000 Menschen von der Sichelzellenanämie betroffen, und etwa 2 Millionen Amerikaner tragen diese genetische Mutation. Die häufigsten und schwerwiegendsten Probleme, die durch die Sichelzellenanämie verursacht werden, sind Anämie, Schmerzen und Organversagen – etwa 10 von 100 Kindern, die an dieser Krankheit leiden, sind von einem Schlaganfall betroffen. Die landesweite mittlere Lebenserwartung für Menschen mit Sichelzellenanämie kann bis zu 50 Jahre betragen.

Diese angeborene, lebenslange Blutkrankheit ist durch starre und sichelförmige rote Blutkörperchen aufgrund einer dramatischen Veränderung ihrer Morphologie gekennzeichnet. Sie bleiben an Blutgefäßen hängen und blockieren den Blutfluss. Patienten mit Sichelzellenanämie leiden unter unvorhersehbaren und schmerzhaften Ereignissen, wenn sich die Sichelzellanämie entwickelt, wenn sich die Blutzirkulation so weit blockiert, dass das Gewebe nicht mehr mit Sauerstoff versorgt wird.

Das Hauptziel der Behandlung der Sichelzellenanämie besteht darin, diese akuten, schmerzhaften Krisen zu verhindern. Hierzu sind Diagnose- und Überwachungsinstrumente unter ärztlicher Aufsicht erforderlich. Aktuelle Werkzeuge sind jedoch sperrig, teuer und erfordern eine technische Schulung. Darüber hinaus basieren die Goldstandards zur Überwachung und Diagnose der Sichelzellenanämie hauptsächlich auf Gentests und der optischen Mikroskopie sichelförmiger roter Blutkörperchen, die zeitaufwändig sind, Verzögerungen verursachen und Veränderungen nicht in Echtzeit erfassen.

Heutzutage gibt es keine kommerziellen Instrumente zur kontinuierlichen Überwachung der Sichelzellenanämie und keinen tragbaren Feldsensor zur quantitativen Messung und Überwachung von Sichelzellenanämie-Ereignissen anhand kleiner Blutproben. Dadurch sind Patienten, ob diagnostiziert oder nicht, einem Risiko ausgesetzt. Da außerdem morphologische Veränderungen aufgrund wiederholter Zellsichelbildung zu dauerhaften Zellschäden führen können, ist Zeit von entscheidender Bedeutung.

Sarah Du, Ph.D., außerordentliche Professorin am Department of Ocean and Mechanical Engineering der Florida Atlantic University am College of Engineering and Computer Science, nutzt Mikrofluidik, Durchflusszytometrie und elektrische Impedanz und hat kürzlich ein Patent von der United States Patent and Trademark erhalten Büro für eine neuartige Erfindung, die Patienten eine bessere Möglichkeit bietet, ihre Krankheit zu bewältigen.

Das von Du entwickelte Gerät überwacht die Sichelzellanämie kontinuierlich und schnell und zuverlässig mithilfe eines auf Mikrofluidik basierenden elektrischen Impedanzsensors, der die Rate der Sichelzellanämie und den Prozentsatz der Sichelzellanämie charakterisieren kann. Es kann die dynamischen Zellsichelbildungs- und -entsichelungsprozesse im Sichelblut ohne den Einsatz mikroskopischer Bildgebung oder biochemischer Marker unterscheiden.

Mithilfe einer für das Gerät entwickelten Computeranwendung können Benutzer Impedanzscans über bestimmte Zeiträume durchführen, die gemessene Größe und Phase der gemessenen Impedanz grafisch darstellen und die Rohdaten direkt von einem Smartphone aus teilen. Das tragbare Gerät, das etwa 1 Pfund wiegt, kann in der Hand gehalten werden und ist einfach zu bedienen.

„Die Verwendung dieses Geräts bietet viele Vorteile, wie z. B. Tragbarkeit und Erschwinglichkeit“, sagte Du. „Wichtig ist, dass dieses Gerät den Benutzern Messungen zur Diagnose des Schweregrads ihrer Sichelzellenanämie und zum Vergleich normaler mit erkrankter Sichelzellenanämie-Erythrozytenproben liefert. Für diese Längsschnittmessungen ist nur eine extrem geringe Blutprobe erforderlich, beispielsweise aus einer Fingerbeere, um den Patienten dies zu ermöglichen.“ um ihre Krankheit zu überwachen.

Die Zytometrie misst Zellen und andere biologische Partikel, während die Durchflusszytometrie die Zellen oder Partikel berücksichtigt, die sich in einer einzigen Reihe in einem Flüssigkeitsstrom bewegen. Mit der Durchflusszytometrie können Zellgröße, Zellform und die Zellmenge in einem bestimmten Volumen gemessen werden. Die impedanzbasierte Durchflusszytometrie ist in der Lage, Informationen über einzelne Partikel zu liefern, indem sie Änderungen der Impedanzwerte misst, die durch Partikel entstehen, die Messelektroden passieren.

Die zur Durchführung dieser Messungen derzeit verwendeten Geräte sind jedoch kostspielig und umständlich. Dus Erfindung bietet eine Alternative für Patienten und Gesundheitsdienstleister.

„Mit dem tragbaren impedanzbasierten Durchflusszytometer ist es möglich, die Anzahl der Zellen zu quantifizieren, die die Elektroden passieren, und die elektrische Impedanz einzelner Zellen zu messen“, sagte Du. „Sichelzellen weisen im Vergleich zu gesunden Zellen Unterschiede in der Impedanz auf. Diese Unterschiede werden anhand der unterschiedlichen Phasen der Zellen quantifiziert. Deshalb ist es mit diesem tragbaren Zytometer möglich, Sichelzellen von normalen Zellen zu unterscheiden und Unterschiede zwischen den Zuständen des Patienten zu erkennen.“

In einer früheren Studie charakterisierte Du die Rate der Sichelzellenbildung und den Prozentsatz der Sichelzellen, die wichtige Faktoren für einen abnormalen Blutfluss und einen Sichelzellgefäßverschluss sind, der bei Patienten aufgrund veränderter Hämoglobinformen akute Schmerzen verursacht.

Die Kombination aus elektrischen Impedanzmessungen und Mikrofluidik bietet eine vielversprechende Methode zur schnellen Beurteilung der dynamischen Prozesse der Zellsichelbildung und -entsichelung bei Patienten mit Sichelzellenanämie. Die hochmoderne Technologie von Professor Du, die ein wichtiges US-Patent erhalten hat, wird Patienten mit Sichelzellenanämie die Möglichkeit bieten, ihre Krankheit zuverlässig und bequem zu überwachen, so wie Patienten mit Diabetes ihre Krankheit mit einem Blutzuckermessgerät überwachen können.“

Stella Batalama, Ph.D., Dekanin, FAU College of Engineering and Computer Science

Quellen: