研究人员使用微流体装置来监测镰状细胞病

可以分析镰状细胞病患者血液样本的行为的微流体装置

来自麻省理工学院,哈佛,MGH和Brigham和Brigham和Wigham和Wigham的研究人员开发了一种微流体装置,可以分析来自镰状细胞病患者的血液样本的行为,这通常包括许多新月形细胞。图片:NIH.

通过测量血液样本流过微流体装置的流动,哈佛大学的研究人员,马萨诸塞州综合医院(MGH)和Brigham和Wigham和Wigham和Women的医院已经开发了血液测试,可以预测镰状细胞患者是否存在疾病疼痛并发症的高风险。

60多年前,科学家发现了镰状细胞病的根本原因:患有镰状细胞病的人产生新月状的红细胞,而不是像普通的圆盘状红细胞那样顺畅地流动,从而阻塞毛细血管。这会导致剧烈疼痛、主要器官损伤和寿命显著缩短。

研究人员后来发现,这种疾病是由血红蛋白的单一突变引起的,并意识到这种镰刀状的形状——在热带气候的人身上更常见——实际上是一种进化适应,有助于预防疟疾。

然而,尽管科学家们对这种影响着全世界1300万人的疾病了解甚多,但可用的治疗方法却很少。“我们仍然没有足够有效的疗法,对于这种疾病如何在不同的人身上表现出不同的症状,我们也没有很好的感觉,”桑吉塔•巴蒂亚(Sangeeta Bhatia)说,她是哈佛大学健康科学与技术、电子工程和计算机科学约翰和多萝西•威尔逊(John and Dorothy Wilson)教授麻省理工学院

Bhatia、麻省理工学院博士后David Wood和哈佛大学、马萨诸塞州总医院(MGH)、布里格姆妇女医院的同事们现在设计了一种简单的血液测试,可以预测镰状细胞病患者是否处于镰状细胞病并发症的高风险。为了进行测试,研究人员测量了血液样本通过微流体设备的流动情况。

该装置,3月1日在日志中科学翻译医学Bhatia说,可以帮助医生监测镰状细胞患者并确定最好的治疗过程。它还可以帮助研究人员在为疾病开发新药。

监测血流量

镰状细胞患者通常会患上贫血症,因为他们异常的红细胞在循环中不能维持很长时间。然而,与该疾病相关的大多数症状是由血管阻塞危象引起的,当镰状细胞比正常血细胞更硬和更粘时,阻塞血管和血液流动。这些危象的频率和严重程度在不同的病人之间差别很大,而且没有办法预测它们何时会发生。

“当病人有高胆固醇时,你可以通过验血来监测他们患心脏病的风险和对治疗的反应。对于镰状细胞病,尽管患者有相同的潜在基因变化,但一些患者遭受巨大的痛苦,而另一些则没有——我们仍然没有一种测试可以指导医生做出治疗决定,”Bhatia说。

2007年,Bhatia和L. Mahadevan是一位学习自然和生物现象的应用数学教授,开始工作,了解镰状细胞如何通过毛细血管移动。在目前的研究中,研究人员重新创建了可以产生血管闭塞危机的条件:它们通过微通道引导血液并降低其氧气浓度,使镰状细胞堵塞并阻止血液流动。

对于每种血液样本,它们测量了在脱氧后它会停止流动的速度。MGH的John Higgins和哈佛医学院,纸张作者,比较了从镰状细胞患者采取的血液样本,患者患者或未在前12个月内接受过疾病或未收到的输血,发现血液从患有更严重的疾病的患者,尽可能快地减缓更严重影响的患者。

Bhatia说,目前没有其他血液特性的测量方法——包括红细胞浓度、血红蛋白改变的部分或白细胞计数——可以做出这种预测。她说,这一发现强调了观察血管阻塞的重要性,这是许多因素相互作用的结果,而不是单一的分子测量。

为了表明,该装置可用于药物开发,研究人员还测试了一种潜在的镰状细胞疾病药物,称为5-羟甲基糠醛,这提高了血红蛋白的结合氧气的能力。他们发现,将药物添加到血液中,显着改善了它流过装置的流动。

布里格姆妇女医院(Brigham and Women 's Hospital)血液学研究主任富兰克林·邦恩(Franklin Bunn)没有参与这项研究,他说,该设备可能会被证明对药物开发非常有帮助。Bunn说:“它提供了一种客观的方法来评估有希望继续开发的抑制红细胞镰状化的新药。”

研究人员申请了该技术的专利,现在正在努力将其作为诊断和研究工具开展。

图片:NIH.

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