Ein Team unter der Leitung eines biomedizinischen Ingenieurs der West Virginia University arbeitet daran, die Art und Weise, wie Mediziner durch Zecken übertragene Infektionen wie die Lyme-Borreliose diagnostizieren, zu überdenken und zu überdenken.
Soumya Srivastava, Assistenzprofessorin am Benjamin M. Statler College of Engineering and Mineral Resources, entwickelt ein Tool, das durch Zecken übertragene Krankheiten anhand einer Blutprobe auf einem einzigen Chip schneller erkennt. Das Modell von Srivastava zielt darauf ab, Krankheiten innerhalb von ein bis zwei Wochen nach Ausbruch einer Infektion zu erkennen, während bestehende Ansätze auf einem symptombasierten Fragebogen – der möglicherweise fragt, ob eine Person Fieber oder einen Ausschlag hat – und Tests basieren, die erst dann zuverlässig sind mindestens einige Wochen nach der Infektion.
Srivastavas Projekt wurde kürzlich als gemeinsame Initiative der National Science Foundation und der National Institutes of Health mit 1,2 Millionen US-Dollar ausgezeichnet.
Durch Zecken übertragene Krankheitserreger können durch den Stich infizierter Zecken auf den Menschen übertragen werden. Diese Zecken können Bakterien, Viren oder Parasiten übertragen. Srivastavas Bemühungen könnten ein dringend benötigtes Instrument im Kampf gegen durch Zecken übertragene Krankheiten hervorbringen, die in den letzten Jahren stark zugenommen haben. Nach Angaben der Centers for Disease Control and Prevention gibt es in den USA mittlerweile jährlich etwa 30.000 Lyme-Borreliose-Fälle, gegenüber 22.000 im Jahr 2010.
Durch Zecken übertragene Krankheiten können zu schwerwiegender Morbidität und Mortalität führen und haben in den letzten 15 bis 20 Jahren in den USA erheblich zugenommen. Dieses Projekt wird ein schnelles, empfindliches und kennzeichnungsfreies Diagnosetool schaffen, um die Früherkennung und deren Koinfektionen zu verbessern um Komplikationen und Todesfälle durch nicht diagnostizierte und spät diagnostizierte Krankheiten zu reduzieren.“
Soumya Srivastava, Assistenzprofessorin, Benjamin M. Statler College of Engineering and Mineral Resources
Srivastavas Forschung wird den interdisziplinären Einsatz von Mikrofluidik, Sensoren und maschinellem Lernen umfassen. Diese Faktoren werden eine verbesserte Diagnose von durch Zecken übertragenen Infektionen über ein nicht-invasives, erschwingliches, schnelles und benutzerfreundliches Tool ermöglichen.
Nach der Entnahme einer Blutprobe von einem Patienten analysiert das Gerät die Zellen. Alle Zellen verfügen über eine Reihe dielektrischer Eigenschaften wie Permittivität und Leitfähigkeit, die für Zellmembran und Zellzytoplasma einzigartig sind, erklärte Srivastava. Diese Eigenschaften hängen stark vom Zustand der Zelle ab, etwa davon, ob sie normal oder abnormal ist.
Die einzigartigen Eigenschaften hängen von der Form und Größe der Zelle ab; wenn die Membran rau, glatt oder undicht ist; und was im Zellinneren passiert.
„Im Grunde messen wir diese Eigenschaften auf unserem Mikrofluidik-Chip“, sagte sie, „und das vom Sensor kommende elektrische Signal wird uns dabei helfen, festzustellen, ob eine Infektion vorliegt oder nicht. Diese Technik ist als Dielektrophorese bekannt.“
Sobald ein paar Blutstropfen in das Gerät gelangen, werden sie durch ein elektrisches Feld nach Zustand, Größe und Form der Zellen sortiert. Die sortierten Zellen werden einen Basiskapazitätswert haben, der vom Sensor angezeigt wird, und so können wir auf die Art der Infektion schließen, sagte Srivastava.
„Maschinelles Lernen wird eingesetzt, um dieses Tool robust und empfindlich zu machen und mehrere Infektionen innerhalb weniger Minuten zu erkennen.“
Was das Projekt noch einzigartiger macht, ist seine Fähigkeit, mehrere durch Zecken übertragene Infektionen gleichzeitig und zeitnah zu erkennen.
„Darüber hinaus wird unsere Plattform Anaplasmose, Babesiose und Lyme-Borreliose in einem frühen Stadium nicht-invasiv erkennen, verglichen mit den anderen verfügbaren Techniken, die vier bis sechs Wochen nach der Entwicklung der Infektion testen“, sagte Srivastava. „Die meisten derzeit verfügbaren Tests basieren auf Symptomen und die Symptome treten vier bis sechs Wochen nach einem Zeckenstich auf. Unsere Plattform kann diese Krankheiten mithilfe eines tragbaren Diagnosetools innerhalb von ein bis zwei Wochen und in weniger als 30 Minuten frühzeitig erkennen. Bei Erfolg dies.“ Das Tool kann für eine Vielzahl von Gesundheitsanwendungen nützlich sein, die über durch Zecken übertragene Krankheiten hinausgehen.
„Eine schnelle Erkennung könnte das Risiko von Krankenhausaufenthalten und Arztbesuchen verringern und verhindern, dass sich die Krankheit zu einer chronischen, lebenslangen Erkrankung entwickelt.“
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