Neues Gerät ermöglicht die kontinuierliche Überwachung des Blutes in Echtzeit
Die kontinuierliche Überwachung von Veränderungen im Blut von Patienten wäre eine revolutionäre Leistung für Ärzte, und das Bioingenieur-Team der Stanford University hat uns dieser Realität einen Schritt näher gebracht. Eine neue Studie, die in der Zeitschrift Nature Biomedical Engineering veröffentlicht wurde, beschreibt ein Gerät, das in der Lage ist, Änderungen der Spiegel eines Moleküls oder Proteins im Blut, die ein Arzt überwachen muss, in Echtzeit zu erfassen.
"Eine Blutuntersuchung ist gut, kann aber nicht sagen, ob der Insulin- oder Glukosespiegel eines Patienten steigt oder fällt", sagt Tom So, einer der Ingenieure, die an der neuen Studie arbeiten. "Es ist wichtig, die Richtung des Wandels zu kennen."
Eine der gebräuchlichsten Technologien zum Nachweis spezifischer Moleküle in einer Blutprobe ist der ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay), mit dem nahezu jede Art von Antikörper, Hormon oder Protein nachgewiesen werden kann.
Das innovative neue System wurde von den Forschern als "Real Time ELISA" (RT-ELISA) bezeichnet. Das System stellt eine beeindruckende Entwicklung in der ELISA-Technologie dar und verwandelt einen Einweg-Test in ein Gerät, das kontinuierlich intravenöse Blutstropfen eines Patienten in ein winziges Labor auf einem Chip injiziert.
Der Prototyp des RT-ELISA-Geräts besteht aus drei Modulen. Das erste Modul mischt eine Blutprobe mit Antikörpern, die mit dem Zielmolekül reagieren sollen.
Der obere Teil des Geräts ist in zwei Module unterteilt: Eines dient zur Entfernung überschüssiger Blutzellen und das andere sammelt fluoreszierende Antikörper im Nachweisfenster. Eine Hochgeschwindigkeitskamera überwacht dann die Helligkeit der Probe, sodass Ärzte Änderungen der Zielprotein- oder Hormonspiegel in Echtzeit sehen können.
Ein Prototyp eines RT-ELISA wurde an diabetischen Ratten getestet und es wurde gezeigt, dass er Änderungen der zirkulierenden Glukose- und Insulinspiegel bei Tieren in Echtzeit wirksam nachweist. Dieses System kann jedoch nicht nur zur Überwachung von Änderungen des Blutzuckerspiegels verwendet werden.
"Denken Sie nicht, dass es nur ein Insulinsensor ist", sagen die Forscher. "Betrachten Sie es als eine Möglichkeit, ELISA auf eine ganz neue und andere Art und Weise durchzuführen."
Eine mögliche Verwendung dieses Systems ist die Vorbeugung von Sepsis, einem Zustand, bei dem das körpereigene Immunsystem auf Infektionen überreagiert und eine erhöhte Menge an entzündlichen Molekülen produziert, die als Zytokine bezeichnet werden. Es wird angenommen, dass Zytokinstürme eine häufige Todesursache durch COVID-19 sind.
Ein Prototyp eines RT-ELISA wird derzeit zum Nachweis von IL-6 angepasst, einem Zytokin, von dem bekannt ist, dass es ein Marker für die Schwere der Sepsis ist. Derzeit dauert es bis zu drei Tage, bis die IL-6-Bluttestergebnisse aus dem Labor stammen.
"Bei der Sepsis ist das Timing entscheidend - jede Stunde steigt die Wahrscheinlichkeit eines Todes um acht Prozent", sagt Tom So. „Die Patienten haben keine drei Tage für einen Test. Dies könnte lebensrettende Folgen haben. “
Diese vorläufige Studie ist weitgehend ein Proof of Concept, der zeigt, wie eine kontinuierliche Blutüberwachung in Echtzeit durchgeführt werden kann. Es bleibt noch viel zu tun, bevor diese Technologie für die klinische Entwicklung weiterentwickelt wird. Die Forscher sind jedoch zuversichtlich, dass sie für den menschlichen Gebrauch leicht modifiziert werden kann.
Die neue Studie wurde in der Zeitschrift Nature Biomedical Engineering veröffentlicht.