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El sensor nuevo podía acelerar la diagnosis de la sepsia

Un sensor nuevo diseñado por los investigadores del MIT podría acelerar dramáticamente el proceso de diagnosticar la sepsia, una causa de la muerte de cabeza en hospitales de los E.E.U.U. que mata a casi 250.000 pacientes anualmente.

La sepsia ocurre cuando la inmunorespuesta de la carrocería a la infección acciona una reacción en cadena de la inflamación en la carrocería, causando alto ritmo cardíaco, alta fiebre, falta de aire, y otras entregas. Si está ido desenfrenado, puede llevar a la descarga eléctrica séptica, adonde baja la presión arterial y los órganos cerrados. Para diagnosticar sepsia, los doctores confían tradicionalmente en las diversas herramientas diagnósticas, incluyendo signos vitales, análisis de sangre, y otra proyección de imagen y pruebas de laboratorio.

Estos últimos años, los investigadores han encontrado los biomarkers de la proteína en la sangre que son indicadores tempranos de la sepsia. Un candidato prometedor es interleukin-6 (IL-6), una proteína producida en respuesta a la inflamación. En pacientes de la sepsia, los niveles IL-6 pueden subir las horas antes de que otros síntomas comiencen a mostrar. Pero incluso en estos niveles elevados, la concentración de esta proteína en la sangre es guardapolvo demasiado bajo para que los dispositivos tradicionales del análisis lo descubran rápidamente.

En un papel que es presentado esta semana en la ingeniería en conferencia del remedio y de la biología, los investigadores del MIT describen un sistema microfluidics-basado que descubra automáticamente clínico niveles importantes de IL-6 para la diagnosis de la sepsia en cerca de 25 minutos, usando menos que un pinchazo del dedo de la sangre.

En un canal microfluidic, los microbeads atados con los anticuerpos se mezclan con una muestra de sangre para capturar el biomarker IL-6. En otro canal, solamente molduras que contienen la fijación del biomarker a un electrodo. El voltaje corriente a través del electrodo produce una señal eléctrica para cada moldura biomarker-atada, que entonces se convierte en el nivel de concentración del biomarker.

Para una enfermedad aguda, tal como sepsia, que progresa muy rápidamente y puede ser peligrosa para la vida, es útil tener un sistema que mida rápidamente estos biomarkers nonabundant. Usted puede también vigila con frecuencia la enfermedad mientras que progresa.”

Primer autor Dan Wu, estudiante del doctorado, departamento de la ingeniería industrial, MIT

Wu que ensambla en el papel es Joel Voldman, profesor y jefe del socio del departamento de la ingeniería eléctrica y de informática, codirector del centro médico de la realización del dispositivo electrónico, y un investigador principal en el laboratorio de investigación de la electrónica y de los laboratorios de la tecnología de los microsistemas.

Diseño integrado, automatizado

Los análisis tradicionales que descubren biomarkers de la proteína son máquinas abultadas, costosas relegadas a los laboratorios que requieren alrededor de un mililitro de sangre y producen resultados en horas. Estos últimos años, se han desarrollado los sistemas portátiles del “punto-de-cuidado” que utilizan microlitros de sangre para conseguir resultados similares en cerca de 30 minutos.

Pero los sistemas del punto-de-cuidado pueden ser muy costosos puesto que la mayoría de los componentes ópticos costosos del uso descubrir los biomarkers. También capturan solamente una pequeña cantidad de proteínas, muchas cuyo esté entre las más abundantes en sangre. Cualquier esfuerzo de disminuir el precio, se encoge abajo de componentes, o aumenta alcances de la proteína afecta negativo su sensibilidad.

En su trabajo, los investigadores quisieron encoger componentes del análisis magnético-moldura-basado, que es de uso frecuente en laboratorios, sobre un dispositivo automatizado del microfluidics que es áspero varios centímetros cuadrados. Que la manipulación requerida rebordea en canales micrón-clasificados y la fabricación de un dispositivo en el laboratorio de la tecnología de los microsistemas que automatizó el movimiento de líquidos.

Las molduras están recubiertas con un anticuerpo que atraiga IL-6, así como una enzima de catálisis llamó la peroxidasa del rábano picante. Las molduras y la muestra de sangre se inyectan en el dispositivo, entrando en una “zona de la analito-captura,” que es básicamente un rizo. A lo largo del rizo es una bomba peristáltica -- de uso general para los líquidos que controlan -- con las válvulas controladas automáticamente por un circuito externo. La apertura y cerrar de las válvulas en series específicas circula la sangre y las molduras para mezclarse juntas. Después de cerca de 10 minutos, las proteínas IL-6 han limitado a los anticuerpos en las molduras.

Automáticamente la nueva configuración de las válvulas en aquel momento fuerza la mezcla en un rizo más pequeño, llamado la “zona de detección,” donde tirante atrapadas. Un imán minúsculo cerco las molduras para una estela turbulenta abreviada antes de liberarlas alrededor del rizo. Después de cerca de 10 minutos, muchas molduras han adherido en un electrodo recubierto con un anticuerpo separado que atrae IL-6. En aquel momento, una solución fluye en el rizo y lava las molduras untethered, mientras que las que está con la proteína IL-6 permanecen en el electrodo.

La solución lleva una molécula específica que reaccione a la enzima del rábano picante para crear una composición que responda a la electricidad. Cuando un voltaje se aplica a la solución, cada moldura restante crea una pequeña corriente. Una técnica común de la química llamada “amperimetría” convierte esa corriente en una señal legible. El dispositivo cuenta las señales y calcula la concentración de IL-6.

“En su extremo, doctores apenas cargue en una muestra de sangre usando una pipeta. Entonces, prensan un botón y conocen 25 minutos más adelante la concentración IL-6,” Wu dice.

Las aplicaciones del dispositivo cerca de 5 microlitros de la sangre, que es alrededor de un cuarto el volumen de sangre extraído de un pinchazo del dedo y una parte de los 100 microlitros requeridos para descubrir biomarkers de la proteína en análisis laboratorio-basados. El dispositivo captura las concentraciones IL-6 de hasta sólo 16 picograms por el mililitro, que está abajo de las concentraciones que hacen señales sepsia, significando el dispositivo son bastante sensibles ofrecer clínico la detección relevante.

Una plataforma general

El diseño actual tiene ocho canales separados del microfluidics para medir tantos diversos biomarkers o muestras de sangre paralelamente. Los diversos anticuerpos y enzimas se pueden utilizar en canales separados para descubrir diversos biomarkers, o diversos anticuerpos se pueden utilizar en el mismo canal para descubrir varios biomarkers simultáneamente.

Después, los investigadores proyectan crear un panel de los biomarkers importantes de la sepsia para el dispositivo a la captura, incluyendo interleukin-6, interleukin-8, la proteína C-reactiva, y el procalcitonin. Pero no hay realmente límite a cuántos diversos biomarkers puede medir el dispositivo, para cualquier enfermedad, Wu dice. Notablemente, más de 200 biomarkers de la proteína para las diversas enfermedades y las condiciones han sido aprobados por los E.E.U.U. Food and Drug Administration.

“Ésta es plataforma muy general,” Wu dice. “Si usted quiere aumentar la huella física del dispositivo, usted puede aumentar proporcionalmente y diseñar más canales para descubrir tantos biomarkers mientras que usted quiere.”