L'anemia falciforme è una malattia ereditaria che colpisce i globuli rossi, distorcendo la loro forma naturale del disco in una falce di luna o a forma di "falce". I globuli rossi normali si muovono liberamente attraverso piccoli vasi in tutto il corpo per fornire ossigeno. Con anemia falciforme, i globuli rossi deformi diventano duri e appiccicosi, rendendo loro difficile il movimento attraverso i vasi sanguigni. Alla fine bloccano il flusso e si rompono. Questo processo si traduce in una serie di problemi tra cui dolore cronico severo, ictus, danno d'organo, disfunzione della milza, insufficienza cardiaca e persino la morte.
L'anemia falciforme colpisce milioni di persone di molte nazionalità in tutto il mondo, compresi sia bambini che adulti. Una delle principali sfide nella gestione della malattia è il tremendo dolore che i pazienti sopportano da episodi di dolore cronico e acuto chiamato crisi del dolore. Sfortunatamente, questi episodi di dolore sono imprevedibili e i pazienti non sanno mai quando o dove si verificheranno questi episodi.
I metodi attuali per rilevare e monitorare l'anemia falciforme si basano principalmente sulla microscopia ottica, che richiede tempo, provoca ritardi nell'acquisizione di importanti cambiamenti, ed inoltre, non acquisisce le modifiche in tempo reale. I cambiamenti morfologici dovuti a ripetuti eventi di falciatura cellulare possono portare a danni cellulari permanenti. Per gestire efficacemente l'anemia falciforme, tempo è dell'essenza.
I ricercatori del College of Engineering and Computer Science della Florida Atlantic University hanno sviluppato un nuovo metodo rapido e affidabile per monitorare continuamente l'anemia falciforme utilizzando un sensore di impedenza elettrica basato sulla microfluidica.
Risultati dello studio, pubblicato sulla rivista dell'American Chemical Society Sensori ACS , mostrano che questa nuova tecnologia può caratterizzare i processi dinamici di falciatura e falciatura cellulare nel sangue falciforme senza l'uso di immagini microscopiche o marcatori biochimici.
Con questo metodo, Sarah E. Du, dottorato di ricerca, autore senior e assistente professore presso il Dipartimento di ingegneria oceanica e meccanica della FAU, e coautori del College of Engineering and Computer Science della FAU e dell'Università di Miami, sono stati in grado di caratterizzare il tasso di falciatura cellulare e la percentuale di cellule falciformi, che sono importanti fattori che contribuiscono al flusso sanguigno anomalo e alla vaso-occlusione falciforme. La vaso-occlusione provoca dolore acuto nei pazienti a causa di forme alterate di emoglobina.
"La combinazione della misurazione dell'impedenza elettrica e del controllo dell'ipossia su chip fornisce un metodo promettente per una rapida valutazione dei processi dinamici di falciatura e falciatura cellulare nei pazienti con anemia falciforme, " ha detto Du. "Inoltre, la misurazione dell'impedenza elettrica è naturalmente quantitativa, tempo reale, e offre una comodità nel contatto diretto o indiretto con i campioni di interesse, consentendo integrazioni alla piattaforma di microfluidica e alla microscopia ottica."
I risultati dello studio mostrano che l'imaging microscopico simultaneo dei cambiamenti morfologici nella cellula ha dimostrato l'affidabilità e la ripetibilità delle misurazioni basate sull'impedenza elettrica dei processi di falciatura e falciatura cellulare.
Nello studio, i ricercatori hanno anche stabilito le correlazioni tra le misurazioni in vitro e i parametri ematologici dei pazienti, come i livelli di emoglobina falciforme (HbS) e di emoglobina fetale (HbF). Questi risultati mostrano una potenziale rilevanza clinica perché funge da prova del concetto di impedenza elettrica come segnale privo di etichetta, marcatore biofisico degli eventi di falciatura cellulare nonché uno strumento sensibile per sondare i processi cellulari e subcellulari dinamici oltre la microscopia ottica. Il sensore di impedenza elettrica sviluppato può essere potenzialmente utilizzato per valutare il rischio di vaso-occlusione, gravità della malattia, e trattamento terapeutico nell'anemia falciforme.
"Mentre portiamo avanti la nostra tecnologia, è nostra speranza fornire ai pazienti con anemia falciforme un portatile, sensore autonomo che consentirà loro di auto-monitorare comodamente i parametri ematologici della loro malattia e valutare il rischio di vaso-occlusione, " ha detto Du.
Negli Stati Uniti, L'anemia falciforme colpisce in modo sproporzionato gli afroamericani, gli ispanici e quelli di origine mediorientale. Circa 2 milioni di americani sono portatori di questa mutazione genetica, che colpisce circa 100, 000 individui negli Stati Uniti I problemi più comuni e gravi causati dall'anemia falciforme sono l'anemia, dolore e insufficienza d'organo, e l'ictus colpisce circa 10 bambini su 100 che hanno questa malattia. Attualmente, l'aspettativa di vita per i pazienti con anemia falciforme può raggiungere fino a 50 anni, un netto miglioramento dal 1973, quando la vita media della malattia era di soli 14 anni.
"I pazienti con anemia falciforme incontrano una serie di sfide nel tentativo di gestire la loro condizione. L'incapacità di monitorare la loro malattia in tempo reale è particolarmente problematica sia per i pazienti che per i medici, " ha detto Stella Batalama, dottorato di ricerca, preside del College of Engineering and Computer Science della FAU. "La ricerca all'avanguardia del professor Du ha il potenziale per fornire ai pazienti con anemia falciforme in tutto il mondo la stessa comodità e affidabilità del monitoraggio della loro malattia dei pazienti con diabete che utilizzano i monitor del glucosio".
