Sikkelcelziekte is een erfelijke aandoening die de rode bloedcellen aantast, vervormen hun natuurlijke schijfvorm in een halve maan of "sikkel" vorm. Normale rode bloedcellen bewegen vrij door kleine bloedvaten door het lichaam om zuurstof af te geven. Bij sikkelcelziekte, de misvormde rode bloedcellen worden hard en plakkerig, waardoor ze moeilijk door bloedvaten kunnen bewegen. Ze blokkeren uiteindelijk de stroom en breken uit elkaar. Dit proces resulteert in een aantal problemen, waaronder ernstige chronische pijn, hartinfarct, orgaanschade, milt disfunctie, hartfalen en zelfs de dood.

Sikkelcelziekte treft miljoenen mensen van vele nationaliteiten over de hele wereld, waaronder zowel kinderen als volwassenen. Een grote uitdaging bij het beheersen van de ziekte is de enorme pijn die patiënten ondergaan door chronische en acute pijnepisodes die pijncrisis worden genoemd. Helaas, deze pijnepisodes zijn onvoorspelbaar en patiënten weten nooit wanneer of waar deze episodes zullen plaatsvinden.

De huidige methoden om sikkelcelziekte op te sporen en te volgen, zijn voornamelijk gebaseerd op optische microscopie, wat tijdrovend is, veroorzaakt vertragingen bij het vastleggen van belangrijke wijzigingen, en bovendien, registreert geen wijzigingen in realtime. Morfologische veranderingen als gevolg van herhaalde celsikkelgebeurtenissen kunnen leiden tot permanente celbeschadiging. Om sikkelcelziekte effectief te beheersen, tijd is van essentieel belang.

Onderzoekers van het College of Engineering and Computer Science van Florida Atlantic University hebben een snelle en betrouwbare nieuwe methode ontwikkeld om sikkelcelziekte continu te monitoren met behulp van een op microfluïdica gebaseerde elektrische impedantiesensor.

Resultaten van de studie, gepubliceerd in het tijdschrift van de American Chemical Society ACS-sensoren , laten zien dat deze nieuwe technologie de dynamische celsikkel- en ontkiemingsprocessen in sikkelbloed kan karakteriseren zonder het gebruik van microscopische beeldvorming of biochemische markers.

Met deze methode, Sarah E.Du, doctoraat, senior auteur en een assistent-professor in FAU's Department of Ocean and Mechanical Engineering, en co-auteurs van FAU's College of Engineering and Computer Science en de University of Miami, waren in staat om de snelheid van celsikkelvorming en het percentage sikkelcellen te karakteriseren, die belangrijke bijdragende factoren zijn van abnormale bloedstroom en sikkelcelvaso-occlusie. Vaso-occlusie veroorzaakt acute pijn bij patiënten als gevolg van veranderde vormen van hemoglobine.

"De combinatie van elektrische impedantiemeting en hypoxiecontrole op de chip biedt een veelbelovende methode voor een snelle beoordeling van de dynamische processen van celsikkeling en ontsikkeling bij patiënten met sikkelcelziekte, " zei Du. "Bovendien, elektrische impedantiemeting is van nature kwantitatief, echte tijd, en biedt een gemak in direct of indirect contact met de monsters van belang, waardoor integraties met microfluïdica-platform en optische microscopie mogelijk zijn."

Bevindingen van de studie tonen aan dat gelijktijdige microscopische beeldvorming van morfologische veranderingen in de cel de betrouwbaarheid en herhaalbaarheid aantoonde van de elektrische impedantie-gebaseerde metingen van celsikkel- en ontkiemingsprocessen.

In de studie, de onderzoekers stelden ook de correlaties vast tussen de in vitro metingen en de hematologische parameters van de patiënt, zoals de niveaus van sikkelhemoglobine (HbS) en foetaal hemoglobine (HbF). Deze bevindingen tonen een potentiële klinische relevantie omdat het dient als een proof-of-concept van elektrische impedantie als een labelvrije, biofysische marker van celsikkelgebeurtenissen, evenals een gevoelig hulpmiddel voor het onderzoeken van de dynamische cellulaire en subcellulaire processen buiten de optische microscopie. De ontwikkelde elektrische impedantiesensor kan mogelijk worden gebruikt voor het beoordelen van het risico op vaso-occlusie, ernst van de ziekte, en therapeutische behandeling bij sikkelcelziekte.

"Terwijl we onze technologie verder ontwikkelen, het is onze hoop om patiënten met sikkelcelziekte te voorzien van een draagbare, stand-alone sensor waarmee ze gemakkelijk zelf de hematologische parameters van hun ziekte kunnen controleren en hun risico op vaso-occlusie kunnen evalueren, " zei Du.

In de Verenigde Staten, sikkelcelziekte treft onevenredig veel Afro-Amerikanen, evenals Iberiërs en mensen van Midden-Oosterse afkomst. Ongeveer 2 miljoen Amerikanen dragen deze genetische mutatie, die invloed heeft op ongeveer 100, 000 personen in de VS De meest voorkomende en ernstige problemen veroorzaakt door sikkelcelziekte zijn bloedarmoede, pijn en orgaanfalen, en beroerte treft ongeveer 10 van de 100 kinderen die deze ziekte hebben. Momenteel, de levensverwachting voor patiënten met sikkelcelziekte kan oplopen tot 50 jaar, een dramatische verbetering sinds 1973, toen de gemiddelde levensduur van de ziekte slechts 14 jaar was.

"Patiënten met sikkelcelziekte worden geconfronteerd met een aantal uitdagingen bij het beheersen van hun aandoening. Het onvermogen om hun ziekte in realtime te volgen is vooral problematisch voor zowel patiënten als clinici, " zei Stella Batalama, doctoraat, decaan van FAU's College of Engineering and Computer Science. "Professor Du's baanbrekende onderzoek heeft het potentieel om patiënten met sikkelcelziekte wereldwijd te voorzien van hetzelfde gemak en dezelfde betrouwbaarheid bij het monitoren van hun ziekte als patiënten met diabetes die glucosemeters gebruiken."