ارزیابی خطر التهاب عروقی در بیماران دیابتی با یک روش ساده اما پیشرفته

 27 ژوئیه 2021- یک تیم بین المللی از دانشمندان از دانشگاه فناوریNanyang ، بیمارستانTan Tock Seng   در سنگاپور (TTSH)و موسسه فناوری ماساچوست(MIT) ، یک روش ساده را برای استخراج ذرات ریز بیولوژیکی از خون فرد ابداع کرده اند و از آنها به عنوان نشانگرهای زیستی برای ارزیابی سلامت رگهای خونی استفاده نمودند.

این نشانگرهای زیستی، ذراتی در مقیاس نانو موسوم به وزیکول های خارج سلولی (EVs) هستند که توسط سلول های خاص در جریان خون آزاد می شوند. وظیفه آنها انتقال مواد زیستی مانند پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک از یک سلول به سلول دیگر است.

در مقاله ای که در ژوئن 2021 در مجله ی انجمن سلطنتی شیمی - Lab on a Chip- منتشر شد، محققان نشان دادند که در نمونه های خون چندین بیمار دیابتی در مقایسه با سایر بیماران دیابتی، مقدار غیر طبیعی زیادی از وزیکول های خارج سلولیترشح شده از سلول های ایمنی و پلاکت ها وجود دارد (10 تا 50 برابر بیشتر).

محققان با آزمایشاتی دریافتند که وقتی اینEV ها (استخراج شده از خون شش بیمار با تعداد EV زیاد) به سلولهای عروقی اضافه می شوند، باعث ایجاد سطح بالاتری از مارکرهای التهاب عروقی می شوند. نتایج حاکی از آن است که احتمالاً در درازمدت بیمارانی که دارای EV زیادی در خونشان هستند، بیشتر در معرض خطر ابتلا به عوارض عروقی قرار می گیرند.

این یافته ها توسط یک تیم میان رشته ای به طور مشترک توسط دکتر Hou Han Wei، استادیار دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا و پرفسور Subra Suresh، رئیس NTU و با همکاری استادیار علوم و مهندسی موادNTU ، Dalton Tay، و پرفسور Rinkoo Dalan، مشاور ارشد غدد درون ریز درTTSH  و دکتر  Ming Dao دانشمند ارشد MIT و استاد مدعوNTU ؛ کشف شدند.

دانشمندان دراین مقاله ی تحقیقاتی، توضیح دادند که چگونه نمونه ی اولیه ی "آزمایشگاه روی تراشه" آنها می تواند به طور خودکارEV ها را از نمونه خون در عرض یک ساعت جدا کند - حدود یک پنجم زمان معمول با استفاده از روش های متداول سانتریفیوژ.

نحوه ی کار تراشه ی جدید

این تراشه ی میکروسیال که"ExoDFF" (جداسازی اگزوزوم با استفاده از کسرDean Flow) نامیده می شود، ابتدا یک نمونه خون را از طریق یک کانال مارپیچی شکل با سرعت زیاد عبور می دهد. بر اساس اثرات گریز از مرکز و اینرسی، حرکت مایع و نیروهای هیدرودینامیکی بر ذرات موجود در مایع تاثیر می گذارد و سلولهای بزرگتر خون در یک جهت دور می شوند، در حالی کهEV های کوچکتر سریعتر جریان می یابند و برای جمع آوری به یک خروجی متفاوت هدایت می شوند.

روش استاندارد جهانی فعلی برای جداسازیEV ها از خون، استفاده از دستگاه سانتریفیوژ می باشد که بسیار زمان بر است (حداکثر تا پنج ساعت) و با این روشEV های کمی از نمونه خون قابل استخراج هستند. این کار همچنین سخت و غیر استاندارد است زیرا آزمایشگاه های مختلف پروتکل های مختلفی برای استخراج و تصفیه یEV دارند.

دکتر Hou Han Wei، همچنین از اساتید دانشکده پزشکی Lee Kong Chian درNTU، گفت: در مقایسه، استفاده از تراشه ExoDFF اجازه می دهد تا فرآیند جداسازی و غنی سازیEV ، در یک مرحله ی واحد بصورت ترکیبی انجام شود و نیازی به تخصص و آموزش خاصی ندارد. ما از نزدیک با شرکای پزشک خود درTTSH همکاری کردیم تا اطمینان حاصل کنیم که عملکرد یک مرحله ای این تراشه برای استخراج آسانEV ، بمنظور آنالیز آنها همان چیزی است که ما احتیاج داریم. میکروسیال اکنون یک فناوری پیشرفته است و با تخصص عمیقی که ما در این زمینه داریم، می توانیم به راحتی راه حلهای منحصر به فرد میکروسیالی را برای جداسازی سلولهای مختلف و نشانگرهای زیستی از خون انسان طراحی کنیم. دکترHou ، قبلاً آزمایشگاهی را بر روی تراشه، بمنظور تجزیه و تحلیل وضعیت سیستم ایمنی بدن در سال 2019 اختراع کرده بود.

تأثیر بالقوه ی نوآوری

بیش از 422 میلیون نفر در جهان به دیابت مبتلا هستند و در سنگاپور، 10 درصد از جمعیت (بیش از 400هزار نفر) به این بیماری متابولیكی مبتلا هستند، در حالی كه بیماری های قلبی عروقی حدود 31٪ از مرگ و میر در سراسر جهان، از جمله سنگاپور را تشکیل می دهد.

پروفسور رینکو دالان، که همچنین استادیار دانشکده پزشکی لی کنگ چیان است، گفت: در سال 2019 بیماری های قلبی عروقی(CVD) علت وقوع 18.6میلیون مرگ در سراسر جهان بوده اند که 58٪ آن در آسیا رخ داده است. با وجود پیشرفت های قابل توجه در درمان، مرگ و میر و بیماری در ارتباط با تصلب شرایین همچنان بالا است. ما به روشهایی برای طبقه بندی خطر بالقوه ی افراد دیابتی و سایر بیماران پرخطر نیاز داریم، قبل از اینکه آسیب قابل توجهی به رگها وارد شود، تا بتوانیم روشهای پیشگیرانه را برای این افراد اجرا کنیم. این نوآوری پتانسیل تشخیص زودهنگام خطر را دارد تا سپس روشهای پیشگیرانه بتوانند به محدود کردن پیشرفت آسیب به رگهای خونی کمک کنند.این نوآوری به ویژه از آنجایی که همزمان با توسعه ی داروهای ضد التهابی جدید مانند کاناکینوماب است که توانایی جلوگیری از بیماری های قلبی عروقی در این بیماران را دارد، و همچنین سایر داروهای خاص دیابت مانند مهار کننده های SGLT2 که می توانند اثرات محافظتی خاصی برای قلب داشته باشند، بسیار مهم است. این داروها سپس می توانند به بیمارانی داده شوند که در معرض خطر بیشتری برای ابتلا به CVD قرار دارند. این دستگاه همچنین دارای پتانسیلی است که می تواند برای ارزیابی تاثیر داروها بر رگها مورد استفاده قرار گیرد.

پروفسورSubra Suresh ، همچنین استاد افتخاری دانشگاه ممتاز در NTU، گفت: توانایی شناسایی زودهنگام بیماران دیابتی که دچار التهاب عروقی بیشتری هستند، می تواند زمان کافی را به پزشکان برای درمان بیماری های قلبی عروقی، قبل از اینکه به یک وضعیت جدی تر تبدیل شود که نیاز به درمان تهاجمی تری از جمله استنت یا جراحی داشته باشند، بدهد.

در حال حاضر، این تراشه ی جداسازی EV، می تواند تا 5 میلی لیتر خون را در یک ساعت پردازش کند. از آنجایی که طراحی ExoDFF، امکان تولید آن را در تعداد بالا و با هزینه ی کم فراهم کرده است (تولید هر تراشه فقط چند دلار هزینه دارد) و از آنجائیکه به هیچگونه مواد شیمیایی نیاز ندارد، می توان آنرا مهندسی کرد تا حجم نمونه ی بیشتری را پردازش کند یا ان را برای استفاده در سلول درمانی مانند درمان با سلول های بنیادی یا درمانهای مبتنی بر EV، سازگار نمود.

این تیم امیدوار است که یک نسخه ی اتوماتیک و کوچکتر از این دستگاه را که قابل چاپ با چاپگر 3 بعدی باشد، برای استفاده بالینی و تحقیقاتی تولید کند.

محققان همچنین در نظر دارند که آزمایشات بیشتری را بر روی یک گروه بزرگتر از بیماران انجام دهند تا فرضیه آنها در مورد استفاده از وزیکول های خارج سلولی(EVs)، به عنوان نشانگرهای زیستی غیر سنتی، برای طبقه بندی خطر بیماران دیابتی بیشتر مورد تأیید قرار گیرد.

منبع:

https://medicalxpress.com/news/2021-07-vascular-inflammation-diabetes-patients.html