Sicklecellssjukdom är en ärftlig sjukdom som påverkar röda blodkroppar, förvränga deras naturliga skivform till en halvmåne eller "sickle"-form. Normala röda blodkroppar rör sig fritt genom små kärl i hela kroppen för att leverera syre. Med sicklecellsjukdom, de missformade röda blodkropparna blir hårda och klibbiga, vilket gör det svårt för dem att röra sig genom blodkärlen. De blockerar så småningom flödet och bryts isär. Denna process resulterar i ett antal problem inklusive svår kronisk smärta, stroke, organskador, mjältdysfunktion, hjärtsvikt och till och med dödsfall.
Sicklecellssjukdom drabbar miljontals människor av många nationaliteter över hela världen, inklusive barn och vuxna. En stor utmaning för att hantera sjukdomen är den enorma smärta som patienter utsätts för av kroniska och akuta smärtepisoder som kallas smärtkris. Tyvärr, dessa smärtepisoder är oförutsägbara och patienter vet aldrig när eller var dessa episoder kommer att äga rum.
Nuvarande metoder för att upptäcka och övervaka sicklecellssjukdom är huvudsakligen beroende av optisk mikroskopi, vilket är tidskrävande, orsakar förseningar i att fånga viktiga förändringar, och dessutom, fångar inte förändringar i realtid. Morfologiska förändringar på grund av upprepade cellsickling-händelser kan leda till permanent cellskada. För att effektivt hantera sicklecellssjukdom, tiden är högst betydelsefull.
Forskare från Florida Atlantic Universitys College of Engineering and Computer Science har utvecklat en snabb och tillförlitlig ny metod för att kontinuerligt övervaka sicklecellssjukdom med hjälp av en mikrofluidikbaserad elektrisk impedanssensor.
Resultat av studien, publicerad i American Chemical Societys tidskrift ACS-sensorer , visa att denna nya teknologi kan karakterisera de dynamiska cellsickling- och unsickling-processerna i sickleblod utan användning av mikroskopisk avbildning eller biokemiska markörer.
Med denna metod, Sarah E. Du, Ph.D., senior författare och biträdande professor vid FAU:s institution för hav och maskinteknik, och medförfattare från FAU:s College of Engineering and Computer Science och University of Miami, kunde karakterisera graden av sickling av celler och procentandelen sickled celler, som är viktiga bidragande faktorer för onormalt blodflöde och vasoocklusion av sicklecell. Vasoocklusion orsakar akut smärta hos patienter på grund av förändrade former av hemoglobin.
"Kombinationen av elektrisk impedansmätning och on-chip-hypoxikontroll ger en lovande metod för snabb bedömning av de dynamiska processerna för cellsickling och osickling hos patienter med sicklecellssjukdom, sade Du. Dessutom, elektrisk impedansmätning är naturligt kvantitativ, realtid, och erbjuder en bekvämlighet i direkt eller indirekt kontakt med proverna av intresse, möjliggör integrationer till mikrofluidikplattform och optisk mikroskopi."
Resultaten från studien visar att samtidig mikroskopisk avbildning av morfologiska förändringar i cellen visade tillförlitligheten och repeterbarheten hos de elektriska impedansbaserade mätningarna av cellsickling och -sickling-processer.
I studien, forskarna fastställde också sambanden mellan in vitro-mätningarna och patienternas hematologiska parametrar, såsom nivåerna av sicklehemoglobin (HbS) och fetalt hemoglobin (HbF). Dessa fynd visar en potentiell klinisk relevans eftersom den fungerar som ett bevis på att elektrisk impedans är en etikettfri, biofysisk markör för cellsickling-händelser samt ett känsligt verktyg för att sondera de dynamiska cellulära och subcellulära processerna bortom den optiska mikroskopin. Den utvecklade elektriska impedanssensorn kan eventuellt användas för att bedöma risk för ocklusion, sjukdomens svårighetsgrad, och terapeutisk behandling vid sicklecellssjukdom.
"När vi flyttar vår teknik framåt, det är vårt hopp att förse patienter med sicklecellssjukdom med en bärbar, fristående sensor som gör det möjligt för dem att enkelt själv övervaka de hematologiska parametrarna för deras sjukdom och utvärdera risken för vaso-ocklusion, sa Du.
I USA, sicklecellssjukdom drabbar oproportionerligt mycket afroamerikaner såväl som latinamerikaner och de av Mellanöstern härkomst. Cirka 2 miljoner amerikaner bär på denna genetiska mutation, som påverkar cirka 100, 000 individer i USA. De vanligaste och allvarligaste problemen orsakade av sicklecellssjukdom är anemi, smärta och organsvikt, och stroke drabbar cirka 10 av 100 barn som har denna sjukdom. För närvarande, den förväntade livslängden för patienter med sicklecellssjukdom kan nå upp till 50 år, en dramatisk förbättring sedan 1973, när den genomsnittliga livslängden för sjukdomen bara var 14 år.
"Patienter med sicklecellssjukdom möter ett antal utmaningar när de försöker hantera sitt tillstånd. Oförmågan att övervaka sin sjukdom i realtid är särskilt problematisk för patienter såväl som läkare, sa Stella Batalama, Ph.D., dekanus för FAU:s College of Engineering and Computer Science. "Professor Dus spetsforskning har potential att ge patienter med sicklecellssjukdom över hela världen samma bekvämlighet och tillförlitlighet att övervaka sin sjukdom som patienter med diabetes som använder glukosmätare."
