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O sensor novo podia acelerar o diagnóstico da sepsia

Um sensor novo projetado por pesquisadores do MIT poderia dramàtica acelerar o processo de diagnosticar a sepsia, uma causa de morte principal em hospitais dos E.U. que mata quase 250.000 pacientes anualmente.

A sepsia ocorre quando a resposta imune do corpo à infecção provoca uma reacção em cadeia da inflamação durante todo o corpo, causando a frequência cardíaca alta, a febre alta, a falta de ar, e as outras edições. Se saido não-verificado, pode conduzir a choque séptico, aonde a pressão sanguínea cai e os órgãos fechados. Para diagnosticar a sepsia, os doutores confiam tradicional nas várias ferramentas diagnósticas, incluindo sinais vitais, análises de sangue, e outros imagem lactente e testes de laboratório.

Nos últimos anos, os pesquisadores encontraram os biomarkers da proteína no sangue que são indicadores adiantados da sepsia. Um candidato prometedor é interleukin-6 (IL-6), uma proteína produzida em resposta à inflamação. Em pacientes da sepsia, os níveis IL-6 podem aumentar horas antes que outros sintomas comecem a mostrar. Mas mesmo a estes níveis elevados, a concentração desta proteína no sangue é demasiado baixo total para que os dispositivos tradicionais do ensaio detectem-no rapidamente.

Em um papel que está sendo apresentado esta semana na engenharia na conferência da medicina e da biologia, os pesquisadores do MIT descrevem um sistema microfluidics-baseado que detecte automaticamente clìnica níveis significativos de IL-6 para o diagnóstico da sepsia em aproximadamente 25 minutos, usando menos do que uma picada do dedo do sangue.

Em um canal microfluidic, os microbeads atados com anticorpos misturam com uma amostra de sangue para capturar o biomarker IL-6. Em um outro canal, somente grânulos que contêm o anexo do biomarker a um eléctrodo. A tensão running através do eléctrodo produz um sinal elétrico para cada grânulo biomarker-atado, que é convertido então no nível de concentração do biomarker.

Para uma doença aguda, tal como a sepsia, que progride muito ràpida e pode ser risco de vida, é útil ter um sistema que meça ràpida estes biomarkers nonabundant. Você pode igualmente monitora freqüentemente a doença enquanto progride.”

Primeiro autor Dan Wu, aluno de doutoramento, departamento da engenharia mecânica, MIT

Wu de junta no papel é Joel Voldman, um professor e uma cabeça do associado do departamento da engenharia elétrica e da informática, co-director do centro médico da realização do dispositivo electrónico, e um investigador principal no laboratório de investigação da eletrônica e dos laboratórios da tecnologia dos microsistemas.

Projecto integrado, automatizado

Os ensaios tradicionais que detectam biomarkers da proteína são máquinas volumosas, caras relegadas aos laboratórios que exigem aproximadamente um mililitro do sangue e produzem resultados nas horas. Nos últimos anos, os sistemas portáteis do “ponto--cuidado” foram desenvolvidos que usam microlitros do sangue para obter resultados semelhantes em aproximadamente 30 minutos.

Mas os sistemas do ponto--cuidado podem ser muito caros desde que a maioria de componentes ópticos dispendiosos do uso detectar os biomarkers. Igualmente capturam somente um pequeno número de proteínas, muitas de que esteja entre mais abundantes no sangue. Todos os esforços para diminuir o preço, encolhem abaixo dos componentes, ou aumentam escalas da proteína impactam negativamente sua sensibilidade.

Em seu trabalho, os pesquisadores quiseram encolher componentes do ensaio magnético-grânulo-baseado, que é usado frequentemente nos laboratórios, em um dispositivo automatizado do microfluidics que fosse aproximadamente diversos centímetros quadrados. Que a manipulação exigida perla nos canais mícron-feitos sob medida e em fabricar um dispositivo no laboratório da tecnologia dos microsistemas que automatizou o movimento dos líquidos.

Os grânulos são revestidos com um anticorpo que atraia IL-6, assim como uma enzima de catalização chamou a peroxidase do armorácio. Os grânulos e a amostra de sangue são injectados no dispositivo, participando da “em uma zona analyte-captação,” que é basicamente um laço. Ao longo do laço é uma bomba peristaltic -- de uso geral para líquidos de controlo -- com as válvulas controladas automaticamente por um circuito externo. Abrir e fechar as válvulas em seqüências específicas circulam o sangue e os grânulos para misturar junto. Após aproximadamente 10 minutos, as proteínas IL-6 limitaram aos anticorpos nos grânulos.

Automaticamente reconfigurar as válvulas força naquele tempo a mistura em um laço menor, chamado de “a zona detecção,” onde ficam prendidos. Um ímã minúsculo recolhe os grânulos para uma breve lavagem antes de liberá-los em torno do laço. Após aproximadamente 10 minutos, muitos grânulos colaram em um eléctrodo revestido com um anticorpo separado que atraísse IL-6. Naquele tempo, uma solução flui no laço e lava os grânulos untethered, quando esses com proteína IL-6 permanecerem no eléctrodo.

A solução leva uma molécula específica que reaja à enzima do armorácio para criar um composto que responda à electricidade. Quando uma tensão é aplicada à solução, cada grânulo restante cria uma corrente pequena. Uma técnica comum da química chamada “amperometria” converte essa corrente em um sinal legível. O dispositivo conta os sinais e calcula a concentração de IL-6.

“Em sua extremidade, doutores apenas carregue em uma amostra de sangue usando uma pipeta. Então, pressionam um botão e 25 minutos mais tarde conhecem a concentração IL-6,” Wu diz.

Os usos do dispositivo aproximadamente 5 microlitros do sangue, que é aproximadamente um quarto o volume de sangue seleccionado de uma picada do dedo e de uma fracção dos 100 microlitros exigidos para detectar biomarkers da proteína em ensaios laboratório-baseados. O dispositivo captura as concentrações IL-6 tão baixas quanto 16 picograms pelo mililitro, que está abaixo das concentrações que sinalizam a sepsia, significando o dispositivo são sensíveis bastante fornecer clìnica a detecção relevante.

Uma plataforma geral

O projecto actual tem oito canais separados do microfluidics para medir paralelamente tantas como biomarkers ou amostras de sangue diferentes. Os anticorpos e as enzimas diferentes podem ser usados nos canais separados para detectar biomarkers diferentes, ou os anticorpos diferentes podem ser usados no mesmo canal para detectar simultaneamente diversos biomarkers.

Em seguida, os pesquisadores planeiam criar um painel dos biomarkers importantes da sepsia para o dispositivo à captação, incluindo interleukin-6, interleukin-8, a proteína C-reactiva, e o procalcitonin. Mas não há realmente nenhum limite a quantos biomarkers diferentes o dispositivo pode medir, para alguma doença, Wu diz. Notàvel, mais de 200 biomarkers da proteína para várias doenças e as circunstâncias foram aprovados pelos E.U. Food and Drug Administration.

“Esta é plataforma muito geral,” Wu diz. “Se você quer aumentar a pegada física do dispositivo, você pode escalar acima e projectar mais canais detectar tantos como biomarkers enquanto você quer.”