Более 60 лет назад ученые обнаружили основную причину серповидно-клеточной анемии: у людей с этим заболеванием вырабатываются эритроциты в форме полумесяца, которые закупоривают капилляры, вместо того, чтобы плавно течь, как это делают обычные дискообразные эритроциты. Это может вызвать сильную боль, серьезное повреждение органов и значительно сократить продолжительность жизни.
Позже исследователи обнаружили, что болезнь возникает в результате единственной мутации в белке гемоглобина, и поняли, что форма серпа ?? чаще встречается у людей из тропического климата ?? на самом деле является эволюционной адаптацией, которая может помочь защитить от малярии.
Однако, несмотря на все, что ученые узнали об этой болезни, от которой страдают 13 миллионов человек во всем мире, существует несколько доступных методов лечения. "У нас по-прежнему нет достаточно эффективных методов лечения, и мы плохо понимаем, как болезнь проявляется по-разному у разных людей," говорит Сангита Бхатия, профессор медицинских наук и технологий Джона и Дороти Уилсон, а также электротехники и компьютерных наук в Массачусетском технологическом институте.
Бхатиа, постдок из Массачусетского технологического института Дэвид Вуд и его коллеги из Гарвардского университета, Массачусетской больницы общего профиля (MGH) и больницы Бригама и женщин разработали простой анализ крови, который может предсказать, подвержены ли пациенты с серповидно-клеточной анемией высокому риску болезненных осложнений болезни. Чтобы выполнить тест, исследователи измеряют, насколько хорошо образцы крови проходят через микрофлюидное устройство.
По словам Бхатиа, устройство, описанное 1 марта в журнале Science Translational Medicine, может помочь врачам контролировать пациентов с серповидно-клеточной анемией и определять лучший курс лечения. Это также может помочь исследователям в разработке новых лекарств от болезни.
Мониторинг кровотока
Пациенты с серповидными клетками часто страдают анемией, потому что их аномальные эритроциты недолго остаются в обращении. Однако большинство симптомов, связанных с заболеванием, вызвано вазоокклюзионными кризами, которые возникают, когда серповидные клетки, которые более жесткие и липкие, чем нормальные клетки крови, закупоривают кровеносные сосуды и блокируют кровоток. Частота и тяжесть этих кризов сильно различаются между пациентами, и невозможно предсказать, когда они произойдут.
"Когда у пациента высокий уровень холестерина, вы можете контролировать его риск сердечных заболеваний и реакцию на терапию с помощью анализа крови. При серповидно-клеточной анемии, несмотря на то, что пациенты имеют те же основные генетические изменения, некоторые очень сильно страдают, а другие нет ?? и у нас до сих пор нет теста, который мог бы помочь врачам в принятии терапевтических решений," Бхатия говорит.
В 2007 году Бхатия и Л. Махадеван, профессор прикладной математики из Гарварда, изучающий природные и биологические явления, начал работать вместе, чтобы понять, как серповидные клетки движутся по капиллярам. В текущем исследовании исследователи воссоздали условия, которые могут вызвать вазоокклюзионный кризис: они направили кровь через микроканал и снизили в ней концентрацию кислорода, что заставляет серповидные клетки блокировать и блокировать кровоток.
Для каждого образца крови они измерили, насколько быстро он перестанет течь после дезоксигенизации. Джон Хиггинс из MGH и Гарвардской медицинской школы, автор статьи, сравнил образцы крови, взятые у пациентов с серповидно-клеточными клетками, которые были или не совершали экстренную поездку в больницу или получали переливание крови в течение предыдущих 12 месяцев, и обнаружил, что кровь у пациентов с менее тяжелой формой заболевания не замедлилось так быстро, как у пациентов с более тяжелым поражением.
Никаких других существующих измерений свойств крови ?? включая концентрацию эритроцитов, долю измененного гемоглобина или количество лейкоцитов ?? может делать такие предсказания, говорит Бхатия. Открытие подчеркивает важность рассмотрения вазоокклюзии как результата взаимодействия многих факторов, а не единственного молекулярного измерения, говорит она.
Чтобы показать, что это устройство может быть полезно для разработки лекарств, исследователи также протестировали потенциальное лекарство от серповидно-клеточной анемии под названием 5-гидроксиметилфурфурол, которое улучшает способность гемоглобина связывать кислород. Они обнаружили, что добавление препарата в кровь значительно улучшило его прохождение через устройство.
Исследователи подали заявку на патент на технологию и сейчас работают над ее разработкой в качестве диагностического и исследовательского инструмента.