Tecno

Addio aghi?

Philip Miller – Il nuovo design del dispositivo che utilizza una serie di aghi e può estrarre 20 microlitri di fluido interstiziale, rispetto ai due microlitri raggiunti dalla versione precedente del congegno.

La tecnica a microaghi di Sandia può significare diagnosi più rapide di malattie gravi.

ALBUQUERQUE, NM – Quando le persone sono nelle fasi iniziali di una malattia non diagnosticata, i test immediati che portano al trattamento sono i migliori primi passi. Ma un prelievo di sangue – di solito eseguito da un sanitario professionista armato di un ago spiacevolmente grande – potrebbe non essere il metodo più veloce, meno doloroso o più efficace, secondo una nuova ricerca.

Pubblicità e progresso

Ora una tecnica che utilizza microaghi in grado di disegnare quantità relativamente grandi di liquido interstiziale – un liquido che si annida appena sotto la pelle – apre nuove possibilità. Precedentemente, i microneedles – minuscoli aghi in acciaio inossidabile – hanno drenato piccole quantità di liquido interstiziale necessario per analizzare i livelli di elettroliti, ma non erano in grado di assorbire abbastanza fluido per rendere più pratici i test più complicati. I progetti più estesi del nuovo metodo potrebbero rendersi maggiormente efficaci nel misurare rapidamente l’esposizione agli agenti chimici e biologici e nel diagnosticare il cancro e altre malattie, dice il ricercatore della Sandia National Laboratories e il team leader Ronen Polsky, che è il principale ricercatore del progetto sponsorizzato dall’Agenzia Federale per la Difesa per la riduzione delle minacce all’interno del programma di ricerca e sviluppo diretto da laboratorio di Sandia.

“Riteniamo che il fluido interstiziale abbia un enorme potenziale diagnostico, ma c’è stato un problema nel raccogliere quantità sufficienti per l’analisi clinica”, ha detto Polsky. “Il liquido interstiziale dermico, a causa delle sue importanti funzioni regolatorie nel corpo, in realtà trasporta più cellule immunitarie del sangue, quindi potrebbe addirittura prevedere l’insorgenza di alcune malattie più rapidamente di altri metodi”.

Polsky, insieme all’Università del New Mexico, all’Edgewood Chemical Biological Center dell’Esercito Americano e altri ricercatori di Sandia hanno descritto la nuova tecnica in un documento del 22 ottobre sulla rivista Nature, Communications Biology .

Le quantità relativamente grandi di puro liquido interstiziale estratto, che non sono mai state raggiunte prima, consentono di creare un database di molecole testabili, come proteine, nucleotidi, piccole molecole e altre vescicole di segnalazione cellula-cellula chiamate esosomi. La loro presenza o assenza nel liquido interstiziale del paziente indicherebbe quindi, quando i dati di un individuo vengono trasmessi per via elettronica a un futuro data center, se i disturbi corporei come tumori, malattie del fegato o altri problemi potrebbero essere in corso.

Il nuovo protocollo di estrazione con microneedle ha raggiunto i suoi ultimi risultati modificando una tecnica descritta in un documento tecnico del 1999. La tecnica originale attirava il fluido con un microago attaccato a un substrato piatto che penetrava nella pelle. Nella recente modifica, un anello concentrico da un iniettore a penna insulinica a sezione orizzontale che circonda l’ago è stato utilizzato in modo fortuito e una quantità molto maggiore di liquido è diventata disponibile.

“Il precedente articolo mostrava meno di un microlitro per inserzione e i nostri nuovi aghi stavano ottenendo fino a 2 microlitri per ago, quindi abbiamo ipotizzato che la differenza dovesse essere il montaggio intorno all’ago modulando la pressione pressata sulla pelle”, ha detto il ricercatore di Sandia Phillip Miller, l’autore principale sulla carta. “Creando matrici di aghi, la nostra quantità estraibile è aumentata da 2 microlitri a 20 microlitri in soggetti umani.” Un microlitro è circa 0,000034 once liquide.

Il liquido interstiziale, il fluido trasparente che circonda tutte le cellule umane, è più comunemente sperimentato come il liquido che gonfia le vesciche. È così importante per il trasporto di biomolecole tra le cellule e come intermediario tra il sangue e il sistema linfatico che alcuni ricercatori hanno fatto riferimento ad esso, come la pelle, come un altro organo corporeo.

Il vantaggio del fluido interstiziale per i pazienti è che può essere rilevato mediante aghi di 1,5 mm (circa 0,06 pollici) troppo corti per raggiungere i nervi che causano dolore. Inoltre non ha globuli rossi per offuscare i risultati dei test. Fino a questa ultima ricerca, il fluido aveva solo una difficoltà: l’incapacità dei ricercatori di raccoglierne abbastanza non intaccati da frammenti di cellule per eseguire un numero adeguato di test per la caratterizzazione completa. Un microneedle premuto nella pelle avrebbe mandato solo il liquido interstiziale che aveva spostato – una frazione di un microlitro. In alternativa, l’inserimento di una minuscola pompa del fluido produce grandi quantità dello stesso, ma danneggiate.

Accordo di ricerca da un milione di dollari

Il lavoro nell’ultimo decennio ha utilizzato gli aghi in laboratorio per raccogliere piccole quantità (frazioni di microlitri) di liquido interstiziale per rilevare cambiamenti in tempo reale nei sali del corpo che indicano affaticamento. I ricercatori hanno immaginato un dispositivo formato da un orologio da polso che fornisse letture immediate di elettroliti agli atleti e ai loro allenatori, al personale militare in campo o ai cittadini comuni che si sentono un po ‘giù.

Quella tecnica ha dimostrato più che un interesse teorico: Sandia Labs, con Polsky come investigatore capo, ha appena firmato un accordo di ricerca e sviluppo per un milione di dollari con una società australiana, la Microfluidics Biomedical Pty. Ltd., per sviluppare proprio un tale orologio che percepisce il lattato e il glucosio in tempo reale. L’orologio è progettato per essere pronto per il mercato entro tre anni. Polsky ha parlato di questo concetto in un talk TEDxABQ a settembre 2017.

L’accordo si basa sull’interesse dell’azienda a creare un dispositivo di misurazione in tempo reale per gli appassionati di sport, i soldati in campo d’azione e le persone comuni interessate a determinare immediatamente i problemi di salute personale. L’esperienza della società nello sviluppo dell’algoritmo e l’esperienza di Sandia nella microfabbricazione di sensori autonomi integrati e tecnologia microneedle si uniranno allo sviluppo del prodotto.

Vari modelli di orologi saranno testati per la sensibilità e la selettività, nonché per l’uso a lungo termine su intervalli di concentrazione rilevanti in un liquido interstiziale sintetico e quindi in soggetti vivi. Microfluidics Biomedical progetterà la tecnologia wireless per la trasmissione del segnale generato dai sensori, che può essere letta dagli allenatori, dai conduttori della squadra militare o dalla persona che possiede l’orologio.

Questo accordo di ricerca è significativo perché è un passo avanti nel passaggio di quello che gli imprenditori chiamano la “valle della morte” che spesso separa l’innovazione di laboratorio dalla realizzazione come prodotto commerciale.

Ma la comunità di ricerca che studiava l’uso medico dei microneedle voleva esaminare un fattore più grande, compreso il rilevamento di malattie temute più invadenti di una semplice carenza di elettroliti.

Saranno necessari ulteriori test per raccogliere dati su quei componenti del fluido interstiziale che rispecchiano in natura, sebbene non in quantità, molti di quelli disponibili per il sangue. Una volta raggiunto, il palcoscenico sarà impostato per test più semplici, meno costosi, più veloci e indolori, che in futuro verranno trasmessi elettronicamente dall’orologio di un partecipante a una banca dati centrale, per determinare in tempo reale l’esistenza di un problema medico e il suo rimedio nella fase iniziale.

Ci vorranno molti anni per creare un database completo per le malattie del mondo, ha detto Polsky. Così attualmente, lui e il suo team stanno avviando un nuovo progetto per esaminare i biomarcatori nel fluido interstiziale che si evolvono dopo le vaccinazioni antinfluenzali. Lo sforzo utilizzerà dipendenti volontari della Sandia. “Le vaccinazioni influenzali sono un modo ideale per studiare la patogenesi delle malattie infettive e questo studio può portare a un nuovo modo di diagnosticare l’influenza e caratterizzarne la diffusione”, ha detto Polsky.

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Sandia National Laboratories è un laboratorio multimission operato da National Technology e Engineering Solutions di Sandia LLC, una sussidiaria interamente controllata da Honeywell International Inc., per il National Nuclear Security Administration del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti. Sandia Labs ha importanti responsabilità di ricerca e sviluppo nel campo della deterrenza nucleare, sicurezza globale, difesa, tecnologie energetiche e competitività economica, con le sue principali strutture ad Albuquerque, New Mexico e Livermore, in California.

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