Il nuovo sistema del laboratorio-su-un-chip identifica rapidamente gli aspetti di salubrità del sistema immunitario di una persona

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Gli scienziati dalla Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) hanno messo a punto un sistema del laboratorio-su-un-chip che può identificare gli aspetti di salubrità del sistema immunitario di una persona da una goccia del loro sangue, in pochi minuti.

Facendo uso di una combinazione di microfluidics - canali microscopici minuscoli che possono isolare i globuli bianchi da sangue - ed i sensori elettrici, il nuovo chip potevano individuare le differenze nei beni elettrici dei globuli bianchi catturati dai pazienti in buona salute e diabetici.

L'unità del proof of concept può medici di guida giorna guadagnare rapidamente la comprensione nel sistema immunitario di una persona e macchia i segni in anticipo di infiammazione e dell'infezione che potrebbero segnalare l'esigenza di ulteriori prove approfondite.

Progettato e costruito dall'assistente universitario Hou Han Wei e dall'assistente universitario Holden Li dal banco di assistenza tecnica meccanica ed aerospaziale, la loro invenzione, se riuscito in ulteriore laboratorio e nelle valutazioni cliniche, ha potuto trasformarsi in un dispositivo portatile adatto a cliniche e ad ambulatori della famiglia.

Un'unità del prototipo ed i principi di assistenza tecnica dietro sono stati riferiti in due pubblicazioni pari-esaminate: Laboratorio su un chip all'inizio di quest'anno e biosensori e bioelettronica ad ottobre l'anno scorso.

Mentre la salubrità immune è implicata spesso nelle malattie cardiovascolari, gli scienziati dicono che la loro unità può potenzialmente essere uno strumento supplementare della selezione affinchè medici usi per individuazione tempestiva delle malattie di cuore. A Singapore, le malattie cardiovascolari hanno rappresentato 30,1 per cento di tutte le morti nel 2017 mentre il diabete è un problema sanitario serio che pregiudica circa 10 per cento della popolazione del mondo.

Come l'invenzione funziona

Prof. Hou di Asst, che è egualmente un docente alla scuola di medicina Chian di Lee Kong a NTU, ha detto che il loro chip individua le differenze elettriche fra un globulo bianco in buona salute e non sano. I globuli bianchi anormali sono stati riferiti come biomarcatore iniziale per il rischio aumentato di malattie cardiovascolari ed egualmente suggerisce un'infiammazione in corso.

Facendo uso dei canali molto minuscoli, il chip in primo luogo separa fisicamente i vari globuli dalla dimensione negli sbocchi differenti, come un commputer per selezionare i pezzi di moneta. I globuli bianchi isolati poi sono passati un canale speciale in cui l'impedenza elettrica è misurata a velocità molto elevata per ogni cella (centinaia di celle al secondo).

L'impedenza elettrica di una cella anormale è solitamente superiore all'impedenza di una cella in buona salute, data poichè la cella anormale è più grande nella dimensione ed ha beni differenti della membrana.

I globuli bianchi fanno parte una parte importante del sistema immunitario dell'organismo e un tipo chiave conosciuto come i neutrofili, è la prima riga di difesa quando colpi di infiammazione o di infezione.

I nostri chip possono isolare migliaia di globuli bianchi da una singola goccia di sangue e, in pochi minuti, per dire se queste celle sono elettricamente differenti dal normale, di cui sia un indicatore se c'è un'emissione di salubrità più a fondo da studiare. Più d'importanza, il nostro trattamento egualmente non usa alcuni biomarcatori o anticorpi chimici, che rende l'analisi economica, di facile impiego e quello possiamo fare ulteriore analisi sugli stessi globuli che bianchi già abbiamo passato il chip.„

Hou Han Wei, assistente universitario, banco di assistenza tecnica meccanica ed aerospaziale, NTU Singapore

Uso possibile in prova clinica

Prof. Holden Li di Asst dice che il materiale utilizzato per fare il nuovo laboratorio-su-un-chip è un polimero comune del medico-grado ed è facilmente fabbricato facendo uso di macchinario attuale e può essere trasformato un commputer desktop di taglia per uso in cliniche.

“Il nostro chip è stato progettato per facile porta su scala industriale dalle società, con un sistema integrato sviluppato dai componenti elettronici disponibili sul servizio. Muovendoci in avanti, stiamo guardando per commercializzare la tecnologia con un partner dell'industria, poichè vediamo che ci sono domande del mercato - per un'unità di punto-de-cura per medici e come strumentazione di laboratorio per lo studio sui neutrofili e sulla selezione della droga,„ prof. Li ha detto.

Gli scienziati hanno aggiunto che egualmente stanno effettuando la più ricerca ai vari livelli elettrici dell'impedenza e che cosa ciascuna di loro significa, in modo da costruire una specie di libreria di riferimento per l'analisi automatizzata e lavoreranno con medici per verificare il loro prototipo nella regolazione clinica.

Esprimendo un parere indipendente sulla ricerca, il professor Bernhard Boehm, professore della presidenza della ONG Tiong Tat della ricerca del diabete alla scuola di medicina Chian di Lee Kong di NTU, ha detto che molti pazienti diabetici sono egualmente suscettibili delle infezioni croniche dovuto la malattia che pregiudica la prestazione del sistema immunitario.

“Ci sono una serie di limitazioni a usando gli indicatori diagnostici convenzionali per i pazienti con sospetto clinico dell'infezione. In particolare c'è una necessità di migliorare la diagnosi precoce delle infezioni batteriche e di fornire l'orientamento per la terapia antibiotica.„

“Di conseguenza, un sistema di prova che può guidare rapido le decisioni circa l'inizio delle terapie specifiche sarebbe di grande aiuto in una regolazione clinica. Tuttavia, questo avrà bisogno nell'immediato futuro dei test clinici controllati ripartiti con scelta casuale di fornire la prova convenzionale che il sistema di prova novello è superiore alle procedure diagnostiche convenzionali corrente seguite,„ prof. aggiunto Boehm, che non faceva parte di questo studio.

Strumento nello studio dei meccanismi di difese immunitarie

La nuova unità ha potuto anche essere molto utile per lo studio di NETosis, un meccanismo di difesa recentemente scoperto nel campo dell'immunologia.

Durante il NETosis, i neutrofili sputano fuori i fili del DNA che intrappolano i batteri ed i virus, tanto come un Web del ragno, per impedire i loro movimenti e per uccidere gli agenti patogeni bloccati. Tuttavia, troppo NETosis egualmente rallenta la ferita che guarisce in diabete.

L'esperto in NETosis, l'assistente universitario Christine Wong, dalla scuola di medicina Chian di Lee Kong di NTU che non è stata non coinvolgere in questo studio, dice che la metodologia il più ampiamente adottata per lo studio della tendenza di NETosis corrente è la rappresentazione o microscopia in tempo reale dei neutrofili fissi.

Tuttavia, è un trattamento laborioso affinchè i ricercatori isoli i neutrofili per microscopia senza pregiudicare il loro stato indigeno del riferimento e per non influenzare i risultati sperimentali.

“La nuova unità da prof. Hou di Asst e da prof. Li di Asst può permettere a rapido e gli esperimenti e la quantificazione non polarizzati di NETosis, che saranno particolarmente utili per la droga che scherma ex vivo,„ prof. Wong di Asst hanno detto nel suo commento indipendente.

“Se l'unità può essere modificata per misurare NETosis nei neutrofili del mouse, questa sarebbe notizie deliziose per i ricercatori che usando i modelli del mouse, poichè il rendimento basso del neutrofilo è un ostacolo comune nell'isolamento del neutrofilo del mouse dovuto il più piccolo volume di sangue disponibile in mouse e nel loro rapporto mieloide più basso delle cellule una volta confrontato agli esseri umani.„

Prof. Wong di Asst ha aggiunto che mentre la nuova unità è improbabile da sostituire gli esperimenti di microscopia, in particolare quando la visualizzazione delle componenti cellulari durante il trattamento di NETosis è il tema, le risorse salvate da quantificazione NETTA possono potrebbero essere deviate a quelle indagini.