Quando le persone sono nelle prime fasi di una malattia non diagnosticata, i test immediati che portano al trattamento sono i primi passi migliori. Ma un prelievo di sangue, di solito eseguito da un medico armato di un ago scomodo grande, potrebbe non essere il più rapido, metodo meno doloroso o più efficace, secondo nuove ricerche.

Ora una tecnica che utilizza microaghi in grado di prelevare quantità relativamente grandi di fluido interstiziale, un liquido che si nasconde appena sotto la pelle, apre nuove possibilità. In precedenza, microaghi—piccoli, vuoto, aghi in acciaio inossidabile:hanno drenato piccole quantità di liquido interstiziale necessarie per analizzare i livelli di elettroliti, ma non sono riusciti a prelevare abbastanza liquido per rendere pratici test medici più complicati. Le maggiori estrazioni del nuovo metodo potrebbero essere più efficaci nella misurazione rapida dell'esposizione ad agenti di guerra chimica e biologica, nonché nella diagnosi del cancro e di altre malattie, afferma Ronen Polsky, ricercatore e team leader dei Sandia National Laboratories, che è il ricercatore principale del progetto sponsorizzato dalla Defense Threat Reduction Agency e dal programma di ricerca e sviluppo diretto dal laboratorio di Sandia.

"Crediamo che il liquido interstiziale abbia un enorme potenziale diagnostico, ma c'è stato un problema con la raccolta di quantità sufficienti per l'analisi clinica, ", ha detto Polsky. "Liquido interstiziale dermico, per le sue importanti funzioni di regolamentazione nell'organismo, trasporta effettivamente più cellule immunitarie del sangue, quindi potrebbe anche prevedere l'insorgenza di alcune malattie più rapidamente rispetto ad altri metodi".

Polsky, insieme all'Università del New Mexico, l'U.S. Army Edgewood Chemical Biological Center e altri ricercatori di Sandia hanno descritto la nuova tecnica in un articolo del 22 ottobre nel Natura rivista Biologia della comunicazione .

Le quantità relativamente grandi di liquido interstiziale puro estratto, che non sono mai stati raggiunti prima, consentono di creare un database di molecole testabili, come proteine, nucleotidi, piccole molecole e altre vescicole di segnalazione da cellula a cellula chiamate esosomi. La loro presenza o assenza nel liquido interstiziale di un paziente indicherebbe quindi, quando i dati di una persona sono trasmessi per via elettronica a un futuro centro dati, se disturbi corporei come i tumori, malattie del fegato o altri problemi potrebbero essere in corso.

Il nuovo protocollo di estrazione del microago ha raggiunto i suoi ultimi risultati modificando una tecnica descritta in un documento tecnico del 1999. La tecnica originale disegnava fluido con un microago attaccato a un substrato piatto che penetrava nella pelle. Nella recente modifica, un anello concentrico da un iniettore a penna per insulina affettato orizzontalmente che circonda l'ago è stato usato casualmente e si è resa disponibile una quantità molto maggiore di fluido.

"La carta precedente mostrava meno di un microlitro per inserimento e i nostri nuovi aghi stavano ottenendo fino a 2 microlitri per ago, quindi abbiamo ipotizzato che la differenza dovesse essere il montaggio attorno all'ago modulando la pressione premuta sulla pelle, " ha detto il ricercatore di Sandia Phillip Miller, l'autore principale della carta. "Creando matrici di aghi, la nostra quantità estraibile è aumentata da 2 microlitri fino a 20 microlitri nei soggetti umani." Un microlitro è circa 0,000034 once fluide.

Fluido interstiziale, il fluido trasparente che circonda tutte le cellule umane, è più comunemente vissuto come il liquido che gonfia le vesciche. È così importante per il trasporto di biomolecole tra le cellule e come intermediario tra il sangue e il sistema linfatico che alcuni ricercatori lo hanno indicato, come la pelle, come un altro organo del corpo.

Il vantaggio del liquido interstiziale per i pazienti è che può essere sondato da aghi da 1,5 millimetri (circa 0,06 pollici) che sono troppo corti per raggiungere i nervi che causano dolore. Inoltre non ha globuli rossi per offuscare i risultati dei test. Fino a quest'ultima ricerca, il fluido presentava solo una difficoltà:l'incapacità dei ricercatori di raccoglierne una quantità sufficiente intatta da frammenti cellulari per eseguire un numero adeguato di test per una caratterizzazione completa. Un microago premuto nella pelle avrebbe inviato solo il fluido interstiziale che aveva spostato, una frazione di microlitro. In alternativa, l'inserimento di una minuscola pompa del fluido ha prodotto quantità di fluido grandi ma danneggiate.

Accordo di ricerca da un milione di dollari

Il lavoro nell'ultimo decennio ha utilizzato gli aghi in laboratorio per raccogliere piccole quantità - frazioni di microlitri - di liquido interstiziale per rilevare cambiamenti in tempo reale nei sali corporei che indicano affaticamento. I ricercatori hanno immaginato un dispositivo delle dimensioni di un orologio da polso che fornisse letture istantanee dell'elettrolito agli atleti e ai loro allenatori, il personale militare sul campo oi cittadini comuni si sentono un po' giù.

Quella tecnica si è rivelata di interesse più che teorico:Sandia Labs, con Polsky come investigatore capo, ha appena firmato un accordo di ricerca e sviluppo cooperativo da 1 milione di dollari con una società con sede in Australia, Microfluidica Biomedical Pty. Ltd., per sviluppare proprio un orologio che rileva lattato e glucosio in tempo reale. Si prevede che l'orologio sarà pronto per il mercato entro tre anni. Polsky ha parlato di questo concetto in un discorso TEDxABQ nel settembre 2017.

L'accordo si basa sull'interesse dell'azienda a creare un dispositivo di misurazione in tempo reale per gli appassionati di sport, soldati sul campo e persone comuni interessate a determinare immediatamente problemi di salute personale. L'esperienza dell'azienda nello sviluppo di algoritmi e l'esperienza di Sandia nella microfabbricazione di sensori integrati autonomi e tecnologia a microaghi si uniranno allo sviluppo del prodotto.

Vari modelli di orologi saranno testati per la sensibilità e la selettività, così come per l'uso a lungo termine su intervalli di concentrazione rilevanti in un fluido interstiziale sintetico e quindi in soggetti vivi. Microfluidics Biomedical progetterà la tecnologia wireless per la trasmissione del segnale generato dai sensori, che può essere letto dagli allenatori, capi della squadra militare o la persona che possiede l'orologio.

Questo accordo di ricerca è significativo perché è un passo verso l'attraversamento di quella che gli imprenditori chiamano la "valle della morte" che spesso separa l'innovazione di laboratorio dalla realizzazione come prodotto commerciale.

Ma la comunità di ricerca che studiava l'uso medico dei microaghi voleva esaminare un gioco più grande, compreso il rilevamento di malattie temute più invadenti di una semplice carenza di elettroliti.

Saranno necessari ulteriori test per raccogliere dati su quei componenti del fluido interstiziale che rispecchiano in natura, anche se non in quantità, molti di quelli disponibili per il sangue. Una volta raggiunto, il palcoscenico sarà impostato per più semplice, più economico, Più veloce, test indolori previsti in futuro per essere trasmessi elettronicamente dall'orologio da polso di un partecipante a una banca dati centrale, determinare in tempo reale l'esistenza di un problema medico e il suo rimedio nella fase più precoce.

Ci vorranno molti anni per creare un database completo per le malattie del mondo, ha detto Polsky. Quindi attualmente, lui e il suo team stanno iniziando un nuovo progetto per esaminare i biomarcatori nel liquido interstiziale che si evolvono dopo le vaccinazioni antinfluenzali. Lo sforzo utilizzerà dipendenti Sandia volontari. "Le vaccinazioni antinfluenzali sono un modo ideale per studiare la patogenesi delle malattie infettive e questo studio può portare a un nuovo modo per diagnosticare l'influenza e caratterizzarne la diffusione, " disse Polsky.