Onderzoekers van Critical Analytics for Manufacturing Personalized-Medicine (CAMP) hebben een nieuwe labelvrije immuunprofileringstest ontwikkeld die de snel veranderende immuunrespons van de gastheer in geval van infectie profileert, in afwijking van bestaande methoden die zich richten op het opsporen van de ziekteverwekkers zelf, die vaak op een laag niveau binnen een gastheer kan zijn. Deze nieuwe technologie biedt een groot aantal voordelen ten opzichte van de huidige methoden, beide veel sneller zijn, gevoeliger en nauwkeuriger.

De nieuwe test wordt beschreven in een paper met de titel, "Labelvrije biofysische markers van microfluïdische immuunprofilering in volbloed onthullen ernstige immuunresponssignaturen, " onlangs gepubliceerd in Klein , een wekelijks peer-reviewed wetenschappelijk tijdschrift over nanotechnologie, en omvatte een pilotstudie van 85 donoren die waren gerekruteerd uit de afdeling spoedeisende hulp van het National University Hospital (NUH). De paper werd geleid door Dr. Kerwin Kwek Zeming, senior postdoctoraal medewerker bij SMART CAMP, en co-auteur van professor Jongyoon Han, Principal Investigator bij SMART CAMP en Professor of Biological Engineering and Electrical Engineering aan MIT, en Dr. Win Sen Kuan, Onderzoeksdirecteur, Afdeling spoedeisende geneeskunde, NUH.

Vaak, de belangrijkste boosdoener achter ziekte manifestatie, ernst van de infectie, en patiëntsterfte is een overdreven agressieve immuunrespons van de gastheer. Bijvoorbeeld, de Spaanse grieppandemie van 1918 resulteerde in een onevenredig hoog aantal sterfgevallen onder overigens gezonde jonge volwassenen. Dit is toegeschreven aan het nu goed bestudeerde fenomeen van cytokinestormen, die de snelle afgifte van immuuncellen en ontstekingsmoleculen bespoedigen en worden veroorzaakt door een hyperagressieve immuunrespons van de gastheer. In een recenter voorbeeld, gevallen van ernstige COVID-19-infectie leiden vaak tot overlijden via sepsis en een ontregelde immuunrespons, terwijl de huidige methoden voor risicostratificatie op basis van leeftijd en comorbiditeit een grote uitdaging blijven en onnauwkeurig kunnen zijn. Bovendien, huidige COVID-19-testen voorspellen niet de ernst van de immuunrespons en kunnen dus leiden tot inefficiënte inzet van middelen in zorginstellingen.

In geval van acute infectie, de status van de immuunrespons van een patiënt kan vaak vluchtig zijn en kan binnen enkele minuten veranderen. Vandaar, er bestaat een dringende behoefte aan testen die snel en nauwkeurig informatie kunnen geven over de toestand van het immuunsysteem. Dit is met name van vitaal belang bij vroege triage bij patiënten met acute infectie en het voorspellen van een daaropvolgende verslechtering van de ziekte. Beurtelings, dit zal medisch personeel beter in staat stellen om nauwkeurigere initiële beoordelingen te maken en de juiste medische reactie te geven. Dit kan zorgen voor tijdige interventie op de SEH (SEH) en het voorkomen van opname op de intensive care (IC).

De nieuwe test ontwikkeld door SMART-onderzoekers richt zich op het profileren van de snel veranderende ontstekingsreactie van de gastheer, die in een hyperagressieve staat, kan leiden tot sepsis en overlijden. Er werd een labelvrije immuunprofileringstest van 15 minuten ontwikkeld van 20 µL onverwerkt bloed met behulp van onconventionele L- en inverse-L-vormige pilaren van DLD-microfluïdische technologie, functioneren als een gevoelige en kwantitatieve test van biofysische handtekeningen van immuuncellen in relatie tot realtime activeringsniveaus van WBC's. Omdat WBC's worden geactiveerd door verschillende interne of externe triggers, de test kan zowel de omvang als de richting van deze veranderingen gevoelig meten, die op hun beurt de huidige immuunrespons van een patiënt weerspiegelen. Als zodanig, de nieuwe test die door SMART-onderzoekers is ontwikkeld, is in staat om de immuunrespons van patiënten nauwkeurig en snel te beoordelen door de grootte van de immuuncel te profileren, vervormbaarheid, verdeling, en celtellingen.

aanzienlijk, de nieuwe test biedt aanzienlijke voordelen ten opzichte van bestaande methoden voor het profileren van het immuunsysteem en zijn activiteit. Deze omvatten het meten van leukocytgenexpressie, celoppervlak biochemische markers, en bloedserum cytokine profiel. Opmerkelijk, deze huidige methoden vereisen monsterverdunning of voorbewerkingsstappen, maar ook arbeidsintensief, dure apparatuur en procedures voor het labelen van antilichamen. Als resultaat, deze methoden vereisen over het algemeen een paar uur, minimaal, resultaten terug te geven. Dit is een belangrijk pijnpunt en nadeel in triage en de afdeling spoedeisende hulp, waar clinici zo vroeg mogelijk nauwkeurige klinische beoordelingen moeten maken. Het arbeids- en tijdsintensieve karakter van deze huidige methoden beperkt hun klinische bruikbaarheid voor snelle triage aanzienlijk en verhindert hun bredere implementatie binnen de SEH of ICU.

In tegenstelling tot, aangezien deze nieuwe SMART-test slechts 15 minuten duurt, gebruikt slechts 20 µL volbloed, en vereist alleen framesnelheden voor video-opnames tot 150 fps, er is een aanzienlijk potentieel om de technologie te ontwikkelen tot een draagbare eenheid die bloedsparende testen op het zorgpunt kan uitvoeren die de diagnose en differentiatie van patiënten op de eerste hulp en andere eerstelijns- of intensive care-omgevingen aanzienlijk kunnen verbeteren. Met deze applicatie kunnen clinici snel risicopatiënten identificeren en onmiddellijk actie ondernemen om orgaanstoornissen en andere nadelige effecten van een hyperagressieve immuunrespons te verminderen of te voorkomen.

Hoofdauteur Dr. Kerwin Kwek zei:"Onze nieuwe DLD-assay zal helpen een onvervulde behoefte in de ER en ICU aan te pakken door de wachttijd voor nauwkeurige patiëntassayresultaten aanzienlijk te verkorten. Dit zou kunnen leiden tot effectievere triage-beslissingen en een meer geschikte en tijdige behandeling, die cruciaal zijn om levens te redden. Algemener, deze baanbrekende technologie biedt nieuwe inzichten in zowel de engineering van precisiemicrofluïdica als klinisch onderzoek."

Professor Jongyoon Han heeft toegevoegd, "In het kielzog van de lessen die zijn geleerd in spoedeisende hulp in ziekenhuizen over de hele wereld, vooral tijdens de COVID-19-pandemie, waar medische professionals werden geconfronteerd met het nemen van moeilijke en soms beslissingen over leven of dood in triage, deze nieuwe technologie betekent een enorm opwindende en belangrijke doorbraak. Door de tijd die nodig is voor de testresultaten te verkorten van uren tot een kwestie van minuten, De nieuwe test van SMART CAMP kan levens helpen redden terwijl we doorgaan met het bestrijden van de plaag van pathogenen en infectieziekten. De test zal ook bredere toepassingen hebben, waardoor clinici een nieuw en effectiever hulpmiddel krijgen op de ER en ICU."