EPFL-onderzoekers hebben een zeer gevoelige en draagbare optische biosensor ontwikkeld die de diagnose van dodelijke aandoeningen zoals sepsis kan versnellen. Het kan door ambulances en ziekenhuizen worden gebruikt om het triageproces te verbeteren en levens te redden.

Sepsis eist elke vier seconden een leven. Het is de belangrijkste doodsoorzaak in ziekenhuizen, en een van de tien belangrijkste doodsoorzaken wereldwijd. Sepsis wordt geassocieerd met de ontstekingsreactie van het lichaam op een bacteriële infectie en verloopt extreem snel:elk uur dat verstrijkt voordat het goed wordt gediagnosticeerd en behandeld, verhoogt het sterftecijfer met bijna 8 procent. Tijd is cruciaal bij sepsis, maar de tests die momenteel in ziekenhuizen worden gebruikt, kunnen tot 72 uur duren om een ​​diagnose te stellen.

Veel wetenschappers werken aan dit kritieke probleem, inclusief die bij Abionic, een EPFL-spin-off. Onderzoekers van het Laboratory of Bionanophotonic Systems (BIOS) van EPFL's School of Engineering hebben zojuist een nieuwe technologie onthuld. Ze hebben een optische biosensor ontwikkeld die de diagnosetijd voor sepsis verkort van enkele dagen tot slechts enkele minuten. Hun nieuwe benadering is gebaseerd op recente ontwikkelingen in nanotechnologie en op lichteffecten op nanoschaal om een ​​zeer draagbare, gebruiksvriendelijk apparaat dat snel sepsis-biomarkers in de bloedbaan van een patiënt kan detecteren. En hun apparaat heeft maar een paar minuten nodig om een ​​resultaat te leveren, zoals een zwangerschapstest.

Omdat de biosensor gebruik maakt van een unieke plasmonische technologie, het kan worden opgebouwd uit kleine, goedkope componenten, toch kan het een nauwkeurigheid bereiken die vergelijkbaar is met laboratoriummethoden met de gouden standaard. Het apparaat kan een groot aantal biomarkers screenen en worden aangepast voor de snelle diagnose van een aantal ziekten. Het werd geïnstalleerd in het Universitair Ziekenhuis Vall d'Hebron in Spanje en werd gebruikt in blinde tests om patiëntenmonsters van de sepsisbank van het ziekenhuis te onderzoeken. De technologie van de onderzoekers is gepatenteerd, en hun bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in Klein .

Biomarkers opsluiten in nanogaten

Het apparaat maakt gebruik van een optisch meta-oppervlak - in dit geval een dunne gouden plaat met arrays van miljarden nanogaten. Het meta-oppervlak concentreert het licht rond de nanogaten om een ​​uitzonderlijk nauwkeurige detectie van biomarkers mogelijk te maken. Met dit type meta-oppervlak, de onderzoekers kunnen sepsis-biomarkers in een bloedmonster detecteren met niets meer dan een simpele LED en een standaard CMOS-camera.

De onderzoekers beginnen met het toevoegen van een oplossing van speciale nanodeeltjes aan het monster die zijn ontworpen om de biomarkers te vangen. Dit mengsel verdelen ze vervolgens over het metaoppervlak. "Alle nanodeeltjes die gevangen biomarkers bevatten, worden snel gevangen door antilichamen op de nanogaten, " zegt Alexander Belushkin, de hoofdauteur van de studie. Wanneer een LED wordt toegepast, die nanodeeltjes blokkeren gedeeltelijk het licht dat door het geperforeerde meta-oppervlak gaat. "Deze interacties op nanoschaal worden in beeld gebracht door de CMOS-camera en digitaal geteld in realtime met hoge precisie, " zegt Filiz Yesilkoy, de co-auteur van de studie. De gegenereerde beelden worden gebruikt om snel te bepalen of ziektebiomarkers aanwezig zijn in een monster en, als, in welke concentratie. Ze gebruikten het nieuwe apparaat om de bloedserumspiegels te meten van twee belangrijke sepsis-relevante biomarkers, procalcitonine en C-reactief proteïne. Artsen kunnen deze informatie gebruiken om de triage van sepsispatiënten te versnellen, uiteindelijk levens redden.

"Wij geloven in onze lage kosten, compacte biosensor zou een waardevol apparaat zijn in ambulances en bepaalde ziekenhuisafdelingen, " zegt Hatice Altug, het hoofd van BIOS. Wetenschappers hebben al mogelijke toepassingen in gedachten. "Er is dringend behoefte aan dergelijke veelbelovende biosensoren, zodat artsen sepsis nauwkeurig en snel kunnen diagnosticeren, waardoor de patiëntsterfte tot een minimum wordt beperkt, " zeggen Anna Fàbrega en Juan José González, leidende artsen in het Universitair Ziekenhuis Vall d'Hebron.