Biosensor potrebbe aiutare a individuare lesioni cerebrali durante la chirurgia cardiaca

Maggio 27, 2016 Admin Salute 0 8
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Nel numero del 11 novembre della rivista Science Chemical, il team ha riferito sugli esami di laboratorio che dimostrano che il prototipo di sensore ha rilevato con successo una proteina associata a lesioni cerebrali.

Nei test di laboratorio, questo piccolo biosensore rilevato una proteina associata a lesioni cerebrali. Foto di Weiguo Huang.




"Idealmente, il test sarebbe accaduto durante l'intervento è in corso, mettendo solo una goccia di sangue del paziente sul sensore, che potrebbe attivare un suono, la luce o display numerico se la proteina è presente", ha detto l'autore dello studio, Howard E. Katz, un Whiting Facoltà di Ingegneria esperta in organici transistor a film sottile, che costituiscono la base del biosensore.

Il progetto è nato circa due anni fa, quando Katz, che presiede il Dipartimento di Scienza dei Materiali e Ingegneria, è stato contattato da Allen D. Everett, Centro cardiologo pediatrico a Hopkins Children di Johns che studia biomarcatori legati a ipertensione polmonare e lesioni cerebrali. Come lesioni cerebrali può avvenire con la chirurgia cardiaca in adulti e bambini, il biosensore Everett proposto dovrebbe lavorare su pazienti di tutte le età. Egli è particolarmente preoccupato, tuttavia, sulle lesioni sala operatoria per i bambini, il cui cervello è ancora in via di sviluppo.

"Molti dei nostri piccoli pazienti hanno bisogno di uno o più interventi chirurgici cardiaci per correggere i difetti cardiaci congeniti, e la prima di queste procedure spesso si verifica al momento della nascita", ha detto Everett. "Ci prendiamo cura di questi bambini attraverso l'età adulta, e tutti abbiamo visto i problemi dello sviluppo neurologico che si verificano come conseguenza del loro intervento chirurgico e cure post-operatorie. Si tratta di bambini molto malati, e ci hanno fatto un lavoro brillante di migliorare la sopravvivenza globale dalla chirurgia cardiaca congenita, ma dobbiamo andare lontano per migliorare i risultati a lungo termine dei nostri pazienti. Questa è la nostra più grande sfida per il 21 ° secolo ".

Ha detto che studi recenti hanno trovato che dopo intervento chirurgico al cuore, circa il 40 per cento dei pazienti neonati avrà anomalie cerebrali che mostrano in risonanza magnetica. Il danno è più spesso causato da ictus, che possono essere attivati ​​e aggravata da più eventi durante l'intervento chirurgico e il recupero, quando il cervello è più suscettibile al danno. Queste lesioni cerebrali possono portare a carenze di sviluppo e motorie mentali competenze del bambino, così come iperattività e il discorso di ritardo.

Per affrontare questi problemi, Everett ha cercato un ingegnere per progettare un biosensore che risponde a proteina acidica fibrillare gliale (GFAP), che è un biomarcatore legata a lesioni cerebrali. "Se siamo in grado di ricevere un avviso quando il danno si verifica," ha detto, "allora dovremmo essere in grado di sviluppare terapie migliori. Potremmo migliorare il controllo della pressione sanguigna o riprogettare le nostre macchine bypass cardiopolmonare. Potremmo imparare come ottimizzare il raffreddamento e rewarming procedure ed avere un punto di riferimento per lo sviluppo e la sperimentazione di nuovi farmaci protettivi. "

Allo stato attuale, Everett ha detto, i medici devono aspettare anni per alcuni sintomi di lesioni correlati cerebrali di apparire. Che rallenta il processo di scoprire se le nuove procedure o trattamenti per ridurre le lesioni cerebrali sono efficaci. Il nuovo dispositivo potrebbe cambiare la situazione. "La piattaforma di sensore è molto veloce," ha detto Everett. "E 'praticamente istantanea."

Per creare questo sensore, materiali scienziato Katz si rivolse a un sottile design organico transistor a film. Negli ultimi anni, i sensori costruiti su tali piattaforme hanno dimostrato che possono rilevare gas e prodotti chimici connessi con esplosivi. Questi transistor sono stati una scelta interessante per la richiesta di Everett a causa del loro potenziale a basso costo, basso consumo energetico, biocompatibilità e la loro capacità di rilevare una varietà di biomolecole in tempo reale. Futhermore, l'architettura di questi transistor può ospitare una grande varietà di altri materiali elettronici utili.

La zona di rilevamento è una piccola piazza, 3/8ths-di-un-pollice su ogni lato. Sulla superficie del sensore è uno strato di anticorpi che attraggono GFAP, la proteina bersaglio. Quando si verifica ciò, cambia la fisica di altri strati di materiale all'interno del sensore, alterando la quantità di corrente elettrica che passa attraverso il dispositivo. Questi cambiamenti elettrici possono essere monitorati, permettendo all'utente di sapere quando GFAP è presente.

"Questo sensore è rivelata estremamente sensibile," Katz detto. "E 'riconosciuto GFAP anche quando c'erano molte altre molecole proteiche nelle vicinanze. Per quanto siamo stati in grado di determinare, questo è il rivelatore proteina più sensibili sulla base di organici transistor a film sottile."

Attraverso l'Ufficio di trasferimento Johns Hopkins tecnologia, i membri del team hanno presentato istanza di protezione completa brevetto per il nuovo biosensore. Katz ha detto che la squadra è alla ricerca di collaboratori del settore per condurre ulteriori ricerche e sviluppo del dispositivo, che non è ancora stato testato su pazienti umani. Ma con il giusto livello di impegno e sostegno, Katz ritiene che il dispositivo potrebbe essere messo in uso clinico entro cinque anni. "Sto diventando enorme soddisfazione personale di lavorare su un importante progetto medico che potrebbe aiutare i pazienti", ha detto.

Everett, il cardiologo pediatrico, ha detto che il biosensore potrebbe eventualmente essere utilizzato al di fuori della sala operatoria di rilevare rapidamente lesioni cerebrali tra gli atleti e le vittime di incidenti. "Si potrebbe evolvere in un punto-di-cura o un dispositivo point-of-infortunio", ha detto. "Potrebbe anche essere molto utile nei dipartimenti di emergenza degli ospedali per lo screening dei pazienti per lesioni cerebrali."

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