I ricercatori di Critical Analytics for Manufacturing Personalized-Medicine (CAMP) hanno sviluppato un nuovo test di profilazione immunitaria senza etichetta che profila la risposta immunitaria dell'ospite in rapida evoluzione in caso di infezione, in un allontanamento dai metodi esistenti che si concentrano sulla rilevazione degli agenti patogeni stessi, che spesso può essere a livelli bassi all'interno di un host. Questa nuova tecnologia presenta una serie di vantaggi rispetto ai metodi attuali, essendo entrambi molto più veloci, più sensibile e preciso.

Il nuovo test è descritto in un documento intitolato, "Marker biofisici privi di etichetta dal profilo immunitario microfluidico del sangue intero rivelano gravi firme di risposta immunitaria, " pubblicato di recente in Piccolo , una rivista scientifica settimanale peer-reviewed sulla nanotecnologia, e comprendeva uno studio pilota su 85 donatori reclutati dal dipartimento di emergenza del National University Hospital (NUH). Il documento è stato condotto dal Dr. Kerwin Kwek Zeming, socio postdottorato senior presso SMART CAMP, e co-autore del professor Jongyoon Han, Principal Investigator presso SMART CAMP e Professore di Ingegneria Biologica e Ingegneria Elettrica al MIT, e il dottor Win Sen Kuan, Direttore della ricerca, Dipartimento di Medicina d'Urgenza, NUH.

In molti casi, il principale responsabile della manifestazione della malattia, gravità dell'infezione, e la mortalità dei pazienti è una risposta immunitaria dell'ospite eccessivamente aggressiva. Ad esempio, la pandemia di influenza spagnola del 1918 provocò un numero sproporzionatamente elevato di decessi tra giovani adulti altrimenti sani. Ciò è stato attribuito al fenomeno ormai ben studiato delle tempeste di citochine, che accelerano il rapido rilascio di cellule immunitarie e molecole infiammatorie e sono provocati da una risposta immunitaria iper-aggressiva dell'ospite. In un esempio più recente, i casi di grave infezione da COVID-19 spesso provocano la morte per sepsi e una risposta immunitaria disregolata, mentre gli attuali metodi di stratificazione del rischio basati su età e comorbilità rimangono una sfida significativa e possono essere imprecisi. Inoltre, gli attuali test COVID-19 non prevedono la gravità della risposta immunitaria e possono quindi portare a un dispiegamento inefficiente delle risorse nelle strutture sanitarie.

In caso di infezione acuta, lo stato della risposta immunitaria di un paziente può spesso essere volatile e cambiare in pochi minuti. Quindi, esiste una pressante necessità di dosaggi che siano in grado di informare in modo rapido e preciso sullo stato del sistema immunitario. Ciò è particolarmente importante nel triage precoce tra i pazienti con infezione acuta e nella previsione del successivo deterioramento della malattia. A sua volta, ciò consentirà al personale medico di effettuare valutazioni iniziali più accurate e fornire la risposta medica appropriata. Ciò può garantire un intervento tempestivo nel dipartimento di emergenza (ED) e prevenire il ricovero nell'unità di terapia intensiva (ICU).

Il nuovo test sviluppato dai ricercatori SMART si concentra sulla profilazione della risposta infiammatoria dell'ospite in rapida evoluzione, che in uno stato iper-aggressivo, può portare a sepsi e morte. È stato sviluppato un test di profilazione immunitaria senza etichetta della durata di 15 minuti da 20 µl di sangue non trattato utilizzando pilastri non convenzionali a forma di L e a forma di L inversa della tecnologia microfluidica DLD, funziona come un'analisi sensibile e quantitativa delle firme biofisiche delle cellule immunitarie in relazione ai livelli di attivazione in tempo reale dei globuli bianchi. Poiché i globuli bianchi sono attivati ​​da vari trigger interni o esterni, il test può misurare sensibilmente sia l'entità che la direzione di questi cambiamenti, che a loro volta riflettono lo stato di risposta immunitaria attuale del paziente. Come tale, il nuovo test sviluppato dai ricercatori SMART è in grado di valutare in modo accurato e rapido gli stati di risposta immunitaria dei pazienti profilando le dimensioni delle cellule immunitarie, deformabilità, distribuzione, e conta cellulare.

In modo significativo, il nuovo test offre notevoli vantaggi rispetto ai metodi esistenti di profilazione del sistema immunitario e della sua attività. Questi includono la misurazione dell'espressione genica dei leucociti, marcatori biochimici della superficie cellulare, e profilo delle citochine nel siero del sangue. In particolare, questi metodi attuali richiedono la diluizione del campione o fasi di pre-trattamento, oltre che ad alta intensità di lavoro, costose apparecchiature e procedure di etichettatura degli anticorpi. Di conseguenza, questi metodi richiedono generalmente alcune ore, come minimo, per restituire i risultati. Questo è un punto dolente e uno svantaggio chiave nel triage e nel pronto soccorso, dove i medici devono effettuare valutazioni cliniche accurate il prima possibile. La natura laboriosa e dispendiosa in termini di tempo di questi metodi attuali limita significativamente la loro utilità clinica per il triage rapido e impedisce la loro più ampia implementazione all'interno del pronto soccorso o della terapia intensiva.

In contrasto, poiché questo nuovo test SMART richiede solo 15 minuti, utilizza solo 20 µl di sangue intero, e richiede solo frame rate di acquisizione video fino a 150 fps, esiste un notevole potenziale per lo sviluppo della tecnologia in un'unità portatile in grado di eseguire analisi di risparmio del sangue al punto di cura che potrebbero migliorare significativamente la diagnosi e la differenziazione dei pazienti nel pronto soccorso e in altri contesti di cure primarie o critiche. Questa applicazione consentirà ai medici di identificare rapidamente i pazienti a rischio e intraprendere azioni immediate per mitigare o prevenire la disfunzione d'organo e altri effetti avversi di una risposta immunitaria iper-aggressiva.

L'autore principale, il dott. Kerwin Kwek, ha affermato:"Il nostro nuovo test DLD aiuterà a soddisfare un'esigenza insoddisfatta nel pronto soccorso e in terapia intensiva riducendo significativamente i tempi di attesa per risultati accurati del test del paziente. Ciò potrebbe portare a un processo decisionale di triage più efficace e a un trattamento più appropriato e tempestivo, che sono fondamentali per salvare vite umane. Più generalmente, questa tecnologia innovativa fornisce nuove informazioni sia sull'ingegneria della microfluidica di precisione che sulla ricerca clinica".

Il professor Jongyoon Han ha aggiunto, "Sulla scia delle lezioni apprese nei pronto soccorso degli ospedali di tutto il mondo, specialmente durante la pandemia di COVID-19, dove i professionisti medici hanno dovuto affrontare decisioni difficili e talvolta di vita o di morte nel triage, questa nuova tecnologia rappresenta una svolta estremamente eccitante e significativa. Riducendo il tempo impiegato per i risultati del test da ore a pochi minuti, Il nuovo test di SMART CAMP potrebbe aiutare a salvare vite mentre continuiamo a combattere il flagello degli agenti patogeni e delle malattie infettive. Il saggio avrà anche applicazioni più ampie, offrendo ai medici uno strumento nuovo e più efficace in pronto soccorso e in terapia intensiva".