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腾讯登录微流体装置可预测镰刀细胞疾病的严重性
| 导读 |
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60年前，科学家发现了镰刀细胞病的原因：患有这种疾病的人的红血细胞为月牙形，阻塞毛细血管而无法相正常的碟片装血细胞一样流畅地流通。这回造成严重的疼痛、主要器官损伤以及显著缩短的寿命。
研究人员随后发现，这种疾病是由于血红蛋白上的一个氨基酸的变化造成的，并且认识到这种镰刀状—在热带气候地区的人群中更常见—实际上是一种进化适应，可有助于保护人体免受疟疾的伤害。
不过，尽管科学家对这种疾病已经了若指掌，在全球还是有1300百万的人深受其苦却少有可用的治疗方法。“我们仍然没有足够有效的疗法，对这种疾病在不同人身上的具体表现也了解不够，”MIT的健康科学与技术以及电子工程与计算机科学方面的专家Sangeeta Bhatia教授说。
<!--more-->Bhatia与MIT的博士后David Wood以及在哈佛大学、麻省总医院(MGH)以及哈佛医学院布里格姆和妇女医院的同事们现在设计出了一种简单的血液检测设备，可以预测出镰刀细胞病患者是否具有疼痛并发症的高风险。为了进行该实验，研究人员对血样流经一个微流体设备的情况进行了测定。
研究人员设计的这种装置可以帮助医生对镰刀细胞病患者进行监控，并确定最合适的治疗方案，Bhatia说。这种装置还可以帮助研究人员针对这种疾病进行新药开发。
由于不正常的血细胞在血液循环中存在的时间不够长，镰刀细胞患者经常会患有贫血。不过，大多数与该疾病有关的症状都是由脉管阻塞性危象（当相比正常血细胞又硬又黏的镰刀状细胞阻塞血管和血流时即会发生脉管阻塞性危象）造成的。这些危象的发生频率与严重程度在各个病人之间各不相同，故而没有办法可以预测它们什么时候会发生。
“当一个病人的胆固醇很高时，你可以对他们的心脏病风险进行监控并根据血检结果对治疗作出相应反应。但是对于镰刀细胞病来说，尽管他们患病的遗传机制是一样的，但是一些人痛不欲生而另一些人却并不一样，而我们仍然没有一个检测可以指导医生进行诊疗决断。”Bhatia说。
2007年，Bhatia和哈佛的应用数学教授L. Mahadevan开始共同研究镰刀细胞是如何流经毛细血管。在目前的研究中，研究人员重建了可以导致脉管阻塞性危象的状况：将血样导向流经一个微孔道，并降低其氧浓度，从而触发形成镰刀细胞阻塞血流。他们对每一份血样样品进行了测试，以测定血液在被脱氧后多久停止流动。MGH的研究人员那些在过去12个月中进行过急诊、没有进行过急诊、接受过输血的镰刀细胞病患者的血样进行对比，结果发现，那些病情相对较轻的患者相比那些病情更为严重的患者来说，血液流速下降的速度要慢。
Bhatia说，其他现存的血液参数测量—包括红细胞浓度、发生变化的血红蛋白的比例或者白血细胞计数—都不能做出这类预测。她说，该研究发现突出显示了把脉管阻塞性危象作为多因素互作的结果进行考察的重要性，而不是对单个分子进行测量。为了证实该装置还有助于新药开发，研究人员还对一种叫做5-羟甲基糠醛的镰刀细胞病潜力药物，这种药物可提高血红蛋白运载氧气的能力。向血液中添加该药物后，他们血液流经该装置的流动状况得到了显著改善。没有参与该研究的布里格姆和妇女医院主任Franklin Bunn说，该装置被证实对药物开发非常有帮助。“这种装置提供了一个客观的办法，用来对非常有希望获得继续开发用来抑制红血细胞变成镰刀状的新药进行评估。”(生物探索)
文献链接：<a href="http://stm.sciencemag.org/content/4/123/123ra26.abstract" target="_blank">http://stm.sciencemag.org/content/4/123/123ra26.abstract</a>
<br/><strong>A Biophysical Indicator of Vaso-occlusive Risk in Sickle Cell Disease</strong><br/>
David K. Wood, Alicia Soriano, L. Mahadevan, John M. Higgins and Sangeeta N. Bhatia
The search for predictive indicators of disease has largely focused on molecular markers. However, biophysical markers, which can integrate multiple pathways, may provide a more global picture of pathophysiology. Sickle cell disease affects millions of people worldwide and has been studied intensely at the molecular, cellular, tissue, and organismal level for a century, but there are still few, if any, markers quantifying the severity of this disease. Because the complications of sickle cell disease are largely due to vaso-occlusive events, we hypothesized that a physical metric characterizing the vaso-occlusive process could serve as an indicator of disease severity. Here, we use a microfluidic device to characterize the dynamics of “jamming,” or vaso-occlusion, in physiologically relevant conditions, by measuring a biophysical parameter that quantifies the rate of change of the resistance to flow after a sudden deoxygenation event. Our studies show that this single biophysical parameter could be used to distinguish patients with poor outcomes from those with good outcomes, unlike existing laboratory tests. This biophysical indicator could therefore be used to guide the timing of clinical interventions, to monitor the progression of the disease, and to measure the efficacy of drugs, transfusion, and novel small molecules in an ex vivo setting.
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60年前，科学家发现了镰刀细胞病的原因：患有这种疾病的人的红血细胞为月牙形，阻塞毛细血管而无法相正常的碟片装血细胞一样流畅地流通。这回造成严重的疼痛、主要器官损伤以及显著缩短的寿命。
研究人员随后发现，这种疾病是由于血红蛋白上的一个氨基酸的变化造成的，并且认识到这种镰刀状—在热带气候地区的人群中更常见—实际上是一种进化适应，可有助于保护人体免受疟疾的伤害。
不过，尽管科学家对这种疾病已经了若指掌，在全球还是有1300百万的人深受其苦却少有可用的治疗方法。“我们仍然没有足够有效的疗法，对这种疾病在不同人身上的具体表现也了解不够，”MIT的健康科学与技术以及电子工程与计算机科学方面的专家Sangeeta Bhatia教授说。
<!--more-->Bhatia与MIT的博士后David Wood以及在哈佛大学、麻省总医院(MGH)以及哈佛医学院布里格姆和妇女医院的同事们现在设计出了一种简单的血液检测设备，可以预测出镰刀细胞病患者是否具有疼痛并发症的高风险。为了进行该实验，研究人员对血样流经一个微流体设备的情况进行了测定。
研究人员设计的这种装置可以帮助医生对镰刀细胞病患者进行监控，并确定最合适的治疗方案，Bhatia说。这种装置还可以帮助研究人员针对这种疾病进行新药开发。
由于不正常的血细胞在血液循环中存在的时间不够长，镰刀细胞患者经常会患有贫血。不过，大多数与该疾病有关的症状都是由脉管阻塞性危象（当相比正常血细胞又硬又黏的镰刀状细胞阻塞血管和血流时即会发生脉管阻塞性危象）造成的。这些危象的发生频率与严重程度在各个病人之间各不相同，故而没有办法可以预测它们什么时候会发生。
“当一个病人的胆固醇很高时，你可以对他们的心脏病风险进行监控并根据血检结果对治疗作出相应反应。但是对于镰刀细胞病来说，尽管他们患病的遗传机制是一样的，但是一些人痛不欲生而另一些人却并不一样，而我们仍然没有一个检测可以指导医生进行诊疗决断。”Bhatia说。
2007年，Bhatia和哈佛的应用数学教授L. Mahadevan开始共同研究镰刀细胞是如何流经毛细血管。在目前的研究中，研究人员重建了可以导致脉管阻塞性危象的状况：将血样导向流经一个微孔道，并降低其氧浓度，从而触发形成镰刀细胞阻塞血流。他们对每一份血样样品进行了测试，以测定血液在被脱氧后多久停止流动。MGH的研究人员那些在过去12个月中进行过急诊、没有进行过急诊、接受过输血的镰刀细胞病患者的血样进行对比，结果发现，那些病情相对较轻的患者相比那些病情更为严重的患者来说，血液流速下降的速度要慢。
Bhatia说，其他现存的血液参数测量—包括红细胞浓度、发生变化的血红蛋白的比例或者白血细胞计数—都不能做出这类预测。她说，该研究发现突出显示了把脉管阻塞性危象作为多因素互作的结果进行考察的重要性，而不是对单个分子进行测量。为了证实该装置还有助于新药开发，研究人员还对一种叫做5-羟甲基糠醛的镰刀细胞病潜力药物，这种药物可提高血红蛋白运载氧气的能力。向血液中添加该药物后，他们血液流经该装置的流动状况得到了显著改善。没有参与该研究的布里格姆和妇女医院主任Franklin Bunn说，该装置被证实对药物开发非常有帮助。“这种装置提供了一个客观的办法，用来对非常有希望获得继续开发用来抑制红血细胞变成镰刀状的新药进行评估。”(生物探索)
文献链接：<a href="http://stm.sciencemag.org/content/4/123/123ra26.abstract" target="_blank">http://stm.sciencemag.org/content/4/123/123ra26.abstract</a>
<br/><strong>A Biophysical Indicator of Vaso-occlusive Risk in Sickle Cell Disease</strong><br/>
David K. Wood, Alicia Soriano, L. Mahadevan, John M. Higgins and Sangeeta N. Bhatia
The search for predictive indicators of disease has largely focused on molecular markers. However, biophysical markers, which can integrate multiple pathways, may provide a more global picture of pathophysiology. Sickle cell disease affects millions of people worldwide and has been studied intensely at the molecular, cellular, tissue, and organismal level for a century, but there are still few, if any, markers quantifying the severity of this disease. Because the complications of sickle cell disease are largely due to vaso-occlusive events, we hypothesized that a physical metric characterizing the vaso-occlusive process could serve as an indicator of disease severity. Here, we use a microfluidic device to characterize the dynamics of “jamming,” or vaso-occlusion, in physiologically relevant conditions, by measuring a biophysical parameter that quantifies the rate of change of the resistance to flow after a sudden deoxygenation event. Our studies show that this single biophysical parameter could be used to distinguish patients with poor outcomes from those with good outcomes, unlike existing laboratory tests. This biophysical indicator could therefore be used to guide the timing of clinical interventions, to monitor the progression of the disease, and to measure the efficacy of drugs, transfusion, and novel small molecules in an ex vivo setting.
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