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L’app per smartphone può far vibrare una singola goccia di sangue per determinare quanto bene si coagula

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I coaguli di sangue si formano naturalmente per fermare l’emorragia quando qualcuno è ferito. Ma i coaguli di sangue nei pazienti con problemi medici, come valvole cardiache meccaniche o altre condizioni cardiache, possono portare a ictus o infarto. Ecco perché milioni di americani assumono farmaci anticoagulanti, come il warfarin, che rendono più difficile la coagulazione del sangue.

Il warfarin non è perfetto, tuttavia, e richiede ai pazienti di essere testati frequentemente per assicurarsi che il loro  sia nell’intervallo corretto: il sangue che si coagula troppo facilmente potrebbe comunque portare a un ictus o un infarto mentre il sangue che non si coagula può portare a sanguinamento prolungato dopo un infortunio. Per essere testati, i pazienti devono recarsi in un laboratorio clinico o utilizzare un costoso sistema di test a domicilio.

I ricercatori dell’Università di Washington hanno sviluppato un nuovo test di coagulazione del sangue che utilizza solo una singola goccia di sangue e un motore di vibrazione per smartphone e una fotocamera. Il sistema include un attacco in plastica che tiene una piccola tazza sotto la fotocamera del telefono.

Una persona aggiunge una goccia di sangue alla tazza, che contiene una piccola particella di rame e una sostanza chimica che avvia il processo di coagulazione del sangue. Quindi il motore di vibrazione del telefono scuote la tazza mentre la fotocamera monitora il movimento della particella, che rallenta e poi smette di muoversi mentre si forma il coagulo. I ricercatori hanno dimostrato che questo metodo rientra nella gamma di precisione degli strumenti standard del campo.

Il team ha pubblicato questi risultati l’11 febbraio su Nature Communications .

“All’epoca, i medici facevano oscillare manualmente le provette di sangue avanti e indietro per monitorare quanto tempo ci voleva per formare un coagulo. Ciò, tuttavia, richiede molto sangue, rendendo impossibile l’uso in ambienti domestici”, ha affermato l’anziano autore Shyam Gollakota, professore UW presso la Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering. “Il salto creativo che facciamo qui è che stiamo dimostrando che utilizzando il motore di vibrazione su uno smartphone, i nostri algoritmi possono fare la stessa cosa, tranne che con una singola goccia di sangue. E otteniamo una precisione simile alle migliori tecniche disponibili in commercio .”

L'app per smartphone può far vibrare una singola goccia di sangue per determinare quanto bene si coagula
I ricercatori dell’Università di Washington hanno sviluppato un nuovo test di coagulazione del sangue che utilizza solo una singola goccia di sangue e un motore di vibrazione per smartphone e una fotocamera. Il sistema include un attacco in plastica che contiene una piccola tazza di sangue sotto la fotocamera del telefono. Una persona aggiunge sangue alla tazza, che contiene una sostanza chimica che avvia il processo di coagulazione del sangue e una piccola particella di rame (mostrata qui come la forma oblunga blu in alto a destra del cerchio rosso). Nota: questa foto simula il funzionamento di questo sistema e il “sangue” mostrato qui non è reale. Credito: Mark Stone/Università di Washington

I medici possono classificare la capacità di coagulazione del sangue utilizzando due numeri:

  • il tempo necessario alla formazione del coagulo, il cosiddetto “tempo di protrombina” o PT
  • un rapporto calcolato dal PT che consente ai medici di confrontare più facilmente i risultati tra diversi test o laboratori, chiamato “rapporto normalizzato internazionale” o INR

“La maggior parte delle persone che assumono questo farmaco lo stanno assumendo per tutta la vita. Ma questo non è un tipo di cosa da fissare e dimenticare: negli Stati Uniti, la maggior parte delle persone si trova solo in quello che chiamiamo “intervallo desiderabile” di livelli di PT/INR di circa 64 % delle volte”, ha affermato il coautore Dr. Kelly Michaelsen, assistente professore di anestesiologia e medicina del dolore presso la UW School of Medicine. “Questo numero è ancora più basso, solo circa il 40% delle volte, in paesi come l’India o l’Uganda dove i test sono meno frequenti. Come possiamo migliorarlo? Dobbiamo rendere più facile per le persone testare più frequentemente e fare titolarità della propria assistenza sanitaria”.

I pazienti che possono monitorare i loro livelli di PT/INR da casa dovrebbero solo andare da un medico se il test suggerisse che erano al di fuori di quell’intervallo desiderabile, ha detto Michaelsen.

I ricercatori volevano un dispositivo poco costoso che potesse funzionare in modo simile a come funzionano i monitor per la glicemia a casa per le persone con diabete: una persona può pungersi il dito e testare una goccia di sangue.

“Abbiamo iniziato facendo vibrare una singola goccia di sangue e cercando di monitorare le onde in superficie”, ha affermato l’autore principale Justin Chan, uno studente di dottorato della UW alla Allen School. “Ma è stato davvero difficile con una così piccola quantità di sangue”.

Il team ha aggiunto una piccola particella di rame perché il suo movimento era molto più affidabile da tracciare.

“Quando il  si coagula, forma una rete che si stringe. E in quel processo, la particella passa dal rimbalzare felicemente a non muoversi più”, ha detto Michaelsen.

L'app per smartphone può far vibrare una singola goccia di sangue per determinare quanto bene si coagula
I ricercatori dell’Università di Washington hanno sviluppato un nuovo test di coagulazione del sangue che utilizza solo una singola goccia di sangue e un motore di vibrazione per smartphone e una fotocamera. Qui sono mostrati l’autore principale Justin Chan (a sinistra, con in mano il dispositivo), uno studente di dottorato dell’UW presso la Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering, e il coautore Dr. Kelly Michaelsen (a destra), assistente professore di anestesiologia e dolore medicina presso la UW School of Medicine. Credito: Mark Stone/Università di Washington

Per calcolare PT e INR, il telefono raccoglie due timestamp: il primo quando l’utente inserisce il sangue e il secondo quando la particella smette di muoversi.

“Per la prima volta, stiamo cercando quando l’utente inserisce un tubo capillare contenente il campione nel telaio”, ha detto Chan. “Per la fine della misurazione, osserviamo direttamente l’interno della coppa in modo che l’unico movimento all’interno di quei fotogrammi sia la particella di rame. La particella smette di muoversi bruscamente perché il sangue si coagula molto rapidamente e puoi osservare questa differenza tra i fotogrammi. Da lì possiamo calcolare il PT e questo può essere mappato su INR”.

I ricercatori hanno testato questo metodo su tre diversi tipi di campioni di sangue. Come prova di concetto, il team ha iniziato con il plasma, un componente del sangue che è trasparente e quindi più facile da testare. I ricercatori hanno testato il plasma di 140 pazienti anonimizzati presso l’Università di Washington Medical Center. Il team ha anche esaminato il plasma di 79 pazienti con problemi noti di coagulazione del sangue. Per entrambe queste condizioni, il test ha avuto risultati simili ai test disponibili in commercio.

Per imitare ciò che sperimenterebbe un paziente a casa, il team ha quindi testato il sangue intero di 80 pazienti anonimi sia presso i centri medici di Harborview che presso l’Università di Washington. Questo test ha anche prodotto risultati che rientravano nella gamma di precisione dei test commerciali.

Questo dispositivo è ancora in una fase di proof-of-concept. I ricercatori hanno rilasciato pubblicamente il codice e stanno esplorando opportunità di commercializzazione e ulteriori test. Ad esempio, attualmente tutti questi test sono stati eseguiti in laboratorio. Il prossimo passo è lavorare con i pazienti per testare questo sistema a casa. I ricercatori vogliono anche vedere come se la cava il sistema in aree e paesi con risorse limitate.

“Quasi tutti gli smartphone degli ultimi dieci anni hanno un motore di vibrazione e una fotocamera. Ciò significa che quasi tutti coloro che hanno un telefono possono usarlo. Tutto ciò di cui hai bisogno è un semplice accessorio di plastica, nessun tipo di elettronica aggiuntiva”, ha detto Gollakota. “Questo è il migliore di tutti i mondi: è fondamentalmente il Santo Graal dei test PT/INR. Lo rende frugale e accessibile a milioni di persone, anche dove le risorse sono molto limitate”.

Ulteriori coautori di questo articolo sono Joanne Estergreen, supervisore di laboratorio clinico nel dipartimento di medicina e patologia di laboratorio della UW School of Medicine, e il dottor Daniel Sabath, professore di medicina di laboratorio e patologia presso la UW School of Medicine.


Ulteriori informazioni: test micromeccanico dei coaguli di sangue tramite smartphone, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-28499-y

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