Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Zawinięcie kropli wody pozwoli na opracowanie prostych przenośnich urządzeń diagnostyki medycznej

Recommended Posts

Od mniej więcej dwóch dekad naukowcy na całym świecie pracują nad urządzeniami typu lab-on-a-chip. To obiecująca technologia pozwalająca na wykorzystanie niewielkiego przenośnego urządzenia do diagnostyki i sprawdzenie stanu zdrowia za pomocą niewielkiej ilości płynów ustrojowych. Tego typu proste urządzenia już istnieją, umożliwiając proste pomiary. Przykładami nie będą tu glukometry czy testy ciążowe. Jednak inżynierowie wciąż nie potrafią poradzić sobie ze stworzeniem urządzeń do bardziej złożonych analiz, które wymagają mieszania pojedynczej próbki płynu ustrojowego z różnymi precyzyjnie odmierzonymi odczynnikami w konkretnej kolejności.

Jedną z najbardziej obiecujących metod na stworzenie takiego urządzenia jest zintegrowanie wielu różnych odczynników na jednym urządzeniu. Odczynniki takie mają być nanoszone metodą podobną do druku atramentowego w niewielkich, liczonych w pikolitrach, ilościach, a całość miałaby być szczelnie zamykana. Gdy użytkownik odpieczętuje urządzenie, zawarta w odczynnikach woda natychmiast wyparuje, pozostawiając wysuszone, precyzyjnie odmierzone ilości odczynników. Pod wpływem wilgoci z płynu ustrojowego odczynniki byłyby ponownie nawadniane, a urządzenie mogłoby przeprowadzić odpowiednie pomiary. Głównym problemem z takim rozwiązaniem jest fakt, że płyn ustrojowy, przepływający przez wysuszone odczynniki, unosi je ze sobą, zakłóca sygnał i uniemożliwia przeprowadzenie precyzyjnych pomiarów.

Naukowcy z Politechniki w Montrealu i laboratoriów IBM-a w Zurichu – Onur Gökçe, Yuksel Temiz i Emmanuel Delamarche – postanowili zaradzić problemowi roznoszenia odczynników poprzez rozciągnięcie kropli wody do kształtu długiej wstążki w mikrokanale o szerokości ludzkiego włosa i zmuszenie wody by zagięła się na nałożyła na siebie. W ten sposób próbka wody zamyka się podobnie jak zamek błyskawiczny. Ten proces pozwolił nam na ograniczenie do minimum lokalnego przepływu wody. W ten sposób odczynniki zostają nawodnione, ale nie są rozpraszane, mówi Emmanuel Delamarche, który stoi na czele IBM-owskiej grupy zajmującej się diagnostyką precyzyjną.

Wyniki testów wypadły pomyślnie, chociaż naukowcy wciąż nie do końca rozumieją obserwowane przez siebie zjawisko. Nigdy wcześniej bowiem nie było ono badane. Kolejne eksperymenty wykazały jednak, że ma ono związek ze zjawiskiem koalescencji. Obserwujemy je np. podczas spontanicznego łączenia się kropli płynów, które wejdą ze sobą w kontakt. Z fizycznego punktu widzenia koalescencja to wynik silnego powinowactwa molekuł wody, którego celem jest zmniejszenie powierzchni wody wystawionej na działanie powietrza. Dlatego właśnie niewielkie krople wody mają kształt sfery. Sfera bowiem, ze wszystkich kształtów, ma jedną z najmniejszych powierzchni dla danej objętości. W tym przypadku badamy, co się stanie, jeśli kropla wody, rozciągnięta w mikrokanaliku, łączy się z inną częścią samej siebie. Naszym celem jest zrozumienie i kontrolowanie tego zjawiska tak, byśmy mogli wymusić na płynie pozostanie dokładnie w miejscu, w którym napotkał na odczynnik, wyjaśnia profesor Gervais, dyrektor Laboratorium Mikropłynów Onkologicznych na Polytechnique Montreal.

Opracowywane przy tej okazji modele matematyczne pozwoliły na lepsze kontrolowanie przepływu cieczy oraz uzyskanie bardzo precyzyjnej konfiguracji czasowo-przestrzennej sygnałów chemicznych z odczynników przy ich minimalnej dyspersji, bez konieczności interwencji ze strony użytkownika.

Dotychczas eksperymentalnie wykazano, że nowo opracowany architektura „autokoalescencji” może zostać wykorzystana do badania reakcji enzymatycznych, wykrywania różnych chorób oraz przeprowadzania reakcji łańcuchowej polimerazy w temperaturze pokojowej. W przyszłości mogą dzięki temu powstać proste w użyciu testy genetyczne sekwencjonujące DNA pod kątem występowania różnych chorób, podatności na nowotwory czy identyfikowania wirusów.

Mamy nadzieję, że opracowana przez nas technika pozwoli twórcom urządzeń typu lab-on-a-chip na opracowanie niedostępnych obecnie narzędzi diagnostycznych, które będą równie proste w użyciu, co współczesne glukometry, mówi doktor Delamarche.

Takie proste urządzenia mogłyby stanowić nieocenioną pomoc zarówno w badaniach stanu zdrowia całych społeczeństw, gdyż uzyskane wyniki można by przesyłać na smartfony, a stamtąd do scentralizowanej bazy danych. Byłyby również niezwykle cennym narzędziem w walce z epidemiami, szczególnie w odległych zakątkach świata, gdzie dostęp do lekarzy i laboratoriów jest utrudniony.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Znalezione w prowincji Henan naczynie z brązu sprzed 2000 lat zawiera ponad 3 litry niezidentyfikowanej cieczy. Naczynie zakończone w kształcie głowy łabędzia znaleziono w grobowcu w mieście Sanmenxia. Odkryto tam również hełm z brązu, brązową misę oraz żelazny miecz ozdobiony jadeitem.
      Znaleziony w naczyniu płyn ma żółtawo-brązową barwę i widać w nim zanieczyszczenia. Jego próbkę wysłano do laboratorium w Pekinie, gdzie zostanie poddana badaniom.
      Wstępne datowanie grobowca wskazuje, że powstał on na przełomie rządów dynastii Qin (221–207 p.n.e) i Han (202 p.n.e. – 220 n.e.). Mógł tam zostać pochowany niskiej rangi urzędnik.
      Najbardziej interesującym znaleziskiem jest właśnie naczynie z płynem. Dotychczas w Sanmenxia nie znaleziono niczego podobnego. Jak oświadczył weterynarz Gao Ruyi, którego poproszono o konsultację, naczynie ozdobiono szyją i głową łabędzie niemego. Można to poznać po rozmiarach dzioba, który jest dłuższy niż u gęsi. Zhu Xiaodong, wicedyrektor miejscowego instytutu zabytków i archeologii mówi, że jest wykluczone, iż łabędzie zaczęły pojawiać się w okolicy właśnie w czasach, gdy powstało naczynie.
      W czasach współczesnych w mieście łabędzie pojawiają się zimą dopiero od lat 80. ubiegłego wieku. Przylatują do Sanmenxia z Syberii.
      Sanmexia znajduje się pomiędzy Xi'an i Luoyang, dwiema historycznymi stolicami Chin. Dzięki swojemu położeniu była ważnym punktem strategicznym i komunikacyjnym. Miasto bogate jest w historyczne artefakty.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Brytyjscy naukowcy pracują nad nową metodą diagnozowania i oceny zaawansowania choroby zwyrodnieniowej kolan. Bazuje ona na analizie emisji akustycznej, dlatego niektórzy porównują ją do podsłuchiwania odgłosów z kolana.
      W studium, którego wyniki ukazały się w piśmie PLoS ONE, wzięło udział 89 osób. Akademicy podkreślają więc, że potrzebne są badania na większej próbie, które stworzą podstawy do testów klinicznych.
      Do badania zakwalifikowano osoby z bólem kolan, które w skali Kellgrena-Lawrence'a do oceny stopnia zaawansowania zmian radiologicznych w chorobie zwyrodnieniowej stawów uzyskiwały wynik w zakresie 1-4; 1 oznacza drobne osteofity, zaś przy 4 osteofity są bardzo duże, a szpara stawowa bardzo zwężona lub niewidoczna.
      Jak tłumaczą Brytyjczycy, do kolana przyczepia się czujnik emisji akustycznej, który wychwytuje impulsy energii akustycznej (ang. acoustic emission, AE) generowane podczas naprężeń i tarcia między elementami stawu (wykrywane są dźwięki o wysokiej częstotliwości). Oprócz tego na Joint Acoustic Analysis System (JAAS) składa się elektrogoniometr, który umożliwia badanie zakresów ruchu w funkcji czasu.
      Dane dot. zgięcia stawu kolanowego i emisji akustycznych zbierano jednocześnie dla obu kolan, zespół koncentrował się jednak na kolanie uznawanym przez ochotników za bardziej bolesne.
      Test składał się z 2 serii 5 wstawań i siadów. Badani mieli się poruszać tak płynnie, jak to tylko możliwe z wygodną dla siebie prędkością.
      Zebrane dane poddano analizie komputerowej. Generalnie celem naukowców było poszukiwanie potencjalnych biomarkerów AE.
      Naukowcy z Uniwersytetu w Lancaster współpracowali ze specjalistami z Uniwersytetu w Manchesterze, Uniwersytetu Kumbrii i Uniwersytetu Centralnego Lancashire. Ich badania wykazały, że za pomocą JAAS można odróżnić kolana zdrowe i ze zmianami zwyrodnieniowymi i że technika sprawdza się zarówno w warunkach szpitalnych, jak i w praktyce lekarza rodzinnego.
      Projekt rozpoczął się w 2013 r. i jest finansowany przez Komitet Badań Naukowych.
      Potencjalnie możemy doprowadzić do zmiany sposobu prowadzenia choroby zwyrodnieniowej stawów. Nasze badania pozwolą na lepszą diagnostykę i dostosowanie leczenia do stanu kolana danej osoby [...] - cieszy się emerytowany profesor John Goodacre z Uniwersytetu w Lancaster.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Obecność bakterii jamy ustnej w torbielowatych guzach trzustki wiąże się z ich większą agresywnością.
      Zmiany torbielowate są dość często widywane w badaniach obrazowych. Najczęściej stwierdza się wewnątrzprzewodowy brodawkowaty nowotwór śluzowy, a także surowicze i śluzotwórcze gruczolaki torbielowate. Większość pozostałych przypadków to łagodne trzustkowe zbiorniki płynowe, związane zarówno z ostrym, jak i przewlekłym procesem zapalnym. Obecnie trudno jest różnicować te guzy. Aby wykluczyć nowotwór, wielu pacjentów przechodzi operację. Na szczęście ostatnio naukowcy z Karolinska Institutet odkryli, że dużą wartość diagnostyczną mają bakterie występujące w guzie.
      Naukowcy szukali bakteryjnego DNA w płynie pobranym ze zmian torbielowatych 105 pacjentów. Okazało się, że płyn z cyst z dysplazją dużego stopnia i nowotworów zawierał więcej bakteryjnego DNA niż łagodne cysty.
      Aby zidentyfikować bakterie, zsekwencjonowano DNA z 35 próbek o dużej jego zawartości. Choć stwierdzono duże zróżnicowanie międzyosobnicze, generalnie w płynie i tkance torbieli z dysplazją dużego stopnia i nowotworów liczniej występowały pewne bakterie jamy ustnej, m.in. Fusobacterium nucleatum i Granulicatella adiacens.
      Byliśmy zaskoczeni, wykrywając bakterie jamy ustnej w trzustce, ale nie było to coś zupełnie nieoczekiwanego. Wcześniejsze mniejsze badanie zademonstrowało bowiem, że bakterie, które zidentyfikowaliśmy, występują w wyższych stężeniach w ślinie pacjentów z rakiem trzustki - opowiada dr Margaret Sällberg Chen.
      Jeśli przyszłe badania pokażą, że bakterie rzeczywiście wpływają na procesy patologiczne, może to doprowadzić do opracowania nowych strategii terapeutycznych z wykorzystaniem czynników antybakteryjnych.
      Autorzy publikacji z pisma Gut analizowali różne czynniki, które mogłyby wpłynąć na ilość bakteryjnego DNA w płynie zmian torbielowatych. Odkryli, że była ona wyższa u pacjentów, którzy przeszli inwazyjną ultrasonografię endoskopową trzustki (endoskop jest wprowadzany do przewodu pokarmowego przez jamę ustną po wcześniejszym znieczuleniu gardła). Ponieważ wyniki nie były całkowicie jednoznaczne, endoskopia nie może być wyłączną odpowiedzią na pytanie o pochodzenie bakterii. Być może dałoby się [jednak] obniżyć ryzyko transferu bakterii jamy ustnej do trzustki, płucząc usta preparatem ze środkiem bakteriobójczym i upewniając się co do dobrej higieny jamy ustnej przed badaniem. To pomysł na ciekawy eksperyment kliniczny - podsumowuje Sällberg Chen.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Czy możliwe jest wykrycie nowotworu i określenie stopnia jego złośliwości w ciągu kilku minut, a nawet sekund? Okazuje się, że tak. Umożliwiają to innowacyjne narzędzia diagnostyczne - ramanowska biopsja optyczna i wirtualna histopatologia - opracowane w Laboratorium Laserowej Spektroskopii Molekularnej (LLSM) Politechniki Łódzkiej.
      Zdaniem naukowców jest to przełom jakościowy dla pacjentów, umożliwiający onkologom otrzymanie w czasie rzeczywistym precyzyjnego, obiektywnego wyniku badań.
      Kierownik LLSM prof. Halina Abramczyk podkreśla, że laboratorium opracowało gotową do komercjalizacji innowacyjną metodę biopsji optycznej służącej do identyfikacji nowotworów oraz wirtualnej analizy histopatologicznej, opartą na pomiarach światła rozproszonego Ramana. Naukowcy opracowali także metodę ramanowskiej nawigacji chirurgicznej, ułatwiającą usunięcie nowotworu podczas operacji.
      Dysponujemy również testami, które pozwolą, na podstawie badania krwi, zaledwie w ciągu sekund oznaczyć markery nowotworowe Ramana - dodała prof. Abramczyk.
      Naukowcy zapewniają, że innowacyjna technika oparta na spektroskopii Ramana wykorzystywana w identyfikacji raka i tworzeniu obrazów tkanek nowotworowych jest całkowicie bezpieczna dla pacjenta.
      Badanie nie wymaga wycięcia tkanek z organizmu. Polega na oświetlaniu badanej tkanki podejrzanej o istnienie zmiany nowotworowej światłem lasera z zastosowaniem sondy światłowodowej oraz analizie widma Ramana powstającego w ciągu sekund jako odpowiedź tkanki.
      Naukowcy z LLSM skoncentrowali się na czterech typach nowotworów: piersi, głowy i szyi, przewodu pokarmowego i mózgu.
      Nasza innowacyjna metoda to nie tylko nowoczesna technika oparta o zjawisko rozpraszania światła Ramana, ale również metoda znalezienia biomarkerów. Zajęło nam to mniej więcej 10 lat. Dysponujemy bazą danych dla tkanek ok. 300 pacjentów i zawierającą setki tysięcy widm. Jesteśmy w stanie w ciągu sekund, a w niektórych przypadkach przy obrazowaniu – minut, wyznaczyć stopień złośliwości nowotworu - dodała prof. Abramczyk.
      Dr inż. Jakub Surmacki z LLSM podkreślił, że opracowana przez łódzkich naukowców metoda ramanowska nawigacji chirurgicznej umożliwia w sposób jednoznaczny określenie marginesu błędu podczas operacji. Jest to niezwykle istotne w trakcie zabiegu, aby chirurg wiedział, czy usunął w całości nowotwór - dodał. Ramanowska biopsja optyczna pozwala zaś na szybkie i jednoznaczne zidentyfikowanie nowotworu oraz stopnia jego zaawansowania.
      Wprowadzamy igłę biopsyjną do piersi zaatakowanej przez nowotwór. Do igły przykładamy sondę światłowodową ze światłem lasera i w kilka sekund jesteśmy w stanie zarejestrować widmo ramanowskie na ekranie komputera. Dostajemy tym samym jednoznaczną informację, i to w czasie rzeczywistym, na temat stopnia złośliwości nowotworu piersi - wyjaśnił naukowiec.
      Kolejnym wynalazkiem opracowanym w laboratorium jest wirtualna histopatologia ramanowska, która wykorzystuje to samo zjawisko rozpraszania światła. Badania naukowców dowiodły, że jej zastosowanie umożliwia otrzymanie identycznych wyników, jak przy zastosowaniu standardowej histopatologii opartej na analizie morfologii tkanki i wykorzystującej barwienie hematocyliną i ozyną.
      Jednak ­ jak podkreśla współtwórczyni wynalazku prof. Beata Brożek-Płuska - olbrzymią przewagą wirtualnej histopatologii ramanowskiej jest fakt, że wyniki otrzymywane są w ciągu minut. W związku z tym radykalnie skracamy czas oczekiwania lekarza, a w konsekwencji również pacjenta na wynik diagnozy - zaznaczyła prof. Brożek-Płuska.
      Badaczka podkreśliła także, że obrazowanie ramanowskie, które jest wykorzystywane w tej metodzie, może również służyć do zajrzenia we wnętrze ludzkiego ciała, co było do tej pory niedostępne dla innych technik. Pozwala ono na wizualizację np. ludzkich przewodów mlecznych.
      Badaczka zaprezentowała porównanie wyników dla przewodu mlecznego o budowie prawidłowej oraz dla przewodu, w którego wnętrzu rozwija się nowotwór.
      W przypadku zdrowego przewodu jego wnętrze jest puste, ale dzięki obrazowaniu ramanowskiemu jesteśmy w stanie zwizualizować kolejne struktury, które występują wokół światła tego przewodu. Natomiast w przypadku przewodu, w którym rozwija się nowotwór, jesteśmy w stanie zwizualizować komórki nowotworowe, które znajdują się w jego wnętrzu, a także zbadać struktury, które są wokół tego przewodu i dokładnie poznać skład biochemiczny badanych struktur - podkreśliła współtwórczyni wynalazku.
      Naukowcy zapewniają, że badania laboratoryjne przeprowadzone w LLSM z wykorzystaniem preparatów tkanek pobranych od kilkuset pacjentów onkologicznych wykazały jednoznacznie, że opracowana innowacyjna procedura biopsji optycznej i wirtualnej histopatologii jest szybka i obiektywna, ponieważ wynik badania opiera się o pasma rejestrowane w widmie Ramana i jest niezależny od interpretacji i doświadczenia personelu medycznego. Metoda jest także wyjątkowo czuła – na poziomie 90 proc.
      Poza tym badanie tkanek jest możliwe bez konieczności stosowania kontrastu. Technika ta pozwala także w jednym pomiarze oszacować stopień złośliwości histologicznej nowotworu, a identyfikacja zmian nowotworowych zachodzi z precyzją rzędu ułamków mikrometra.
      Łódzcy naukowcy podkreślają, że obecnie zależy im przede wszystkim na tym, żeby tę metodę jak najszybciej wprowadzić do polskiej gospodarki i medycyny. Tym bardziej, że w styczniu ukazała się pierwsza praca opisująca operację przy użyciu neuronawigacji ramanowskiej, którą przeprowadzono w Stanach Zjednoczonych. Niestety, w tej sytuacji nie będziemy już pierwsi na świecie, ale możemy być pierwsi w kraju i w Europie - podsumowała prof. Halina Abramczyk.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Politechniki Wrocławskiej wraz z młodym uczonym z Indii pracują nad unikatową metodą leczenia i diagnostyki raka piersi przy wykorzystaniu nanomateriałów. Metoda ma pomóc w leczeniu lekoopornych nowotworów.
      Projekt jest realizowany przez zespół naukowy pod kierownictwem dr inż. Joanny Bauer z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki Politechnik Wrocławskiej. W badaniach, które są finansowane z unijnego programu Horyzont 2020, bierze udział młody naukowiec z Indii dr Nanasaheb Thorat.
      Efektem projektu o akronimie NANOCARGO ma być opracowanie nowatorskiej metody leczenia i diagnostyki raka piersi przy wykorzystaniu wielofunkcyjnych nanomateriałów. To metoda zaliczana do tzw. teranostyki, czyli nowatorskie podejście łączące metody terapeutyczne z jednoczesną diagnostyką - powiedziała w rozmowie z PAP dr Bauer.
      Badania w ramach tego projektu prowadzone są na Politechnice Wrocławskiej od października. Przez półtora roku naukowcy będą pracować we Wrocławia, a ostanie sześć miesięcy - w klinice weterynaryjnej Vetsuisse Faculty Zurich Hospital na Uniwersytecie w Zurychu. Tam będziemy prowadzić ostateczne testy in vivo potwierdzające skuteczność naszej metody na chorych psach, gdyż biologicznie nowotwór piersi u kobiet jest najbardziej zbliżony do tych występujących u psów. Do Zurychu w zasadzie przywieziemy gotową technologię - powiedziała dr Bauer.
      Kluczowym elementem nowatorskiej metody są wielofunkcyjne kompozytowe nanonośniki. Wykorzystywane w niej nanomateriały to bardzo małe elementy - np. wirusy mają rozmiar około 100 nanometrów. Wrocławscy naukowcy chcą wykorzystać jeszcze mniejsze cząsteczki, które pod wpływem pola magnetycznego oraz stymulacji optycznej będą niszczyć komórki nowotworowe.
      Te cząsteczki będą trafiać bezpośrednio do nowotworów dzięki temu, że dodamy do nich tzw. aptamery, czyli wyspecjalizowane biologiczne detektory. To spowoduje, że nanomateriał precyzyjnie znajdzie komórki nowotworowe - powiedziała dr Bauer. Dodała, że nanonośniki zostaną również zaopatrzone w celowany chemioterapeutyk. Lek dzięki temu trafi bezpośrednio do nowotworu - wyjaśniła.
      Otrzymamy nanonośniki nie tylko dedykowane do określonego typu nowotworu, ale także zaopatrzone w chemioterapeutyk oraz substancje aktywne, które pod wpływem stymulacji magnetycznej i optycznej zniszczą komórki nowotworowe. Możemy więc mówić tutaj o kombajnie trzech metod leczenia nowotworów - powiedziała.
      Dr Bauer dodała, że wstępne badania prowadzone na komórkach raka jelita grubego pokazały, że zastosowanie nanomateriałów do przenoszenia chemioterapeutyków zwiększa ich skuteczność o kilkadziesiąt procent.

      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...