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评估糖尿病患者血管炎症风险的简单方法

来自新加坡南洋理工大学 (NTU Singapore)、新加坡陈笃生医院 (TTSH) 和麻省理工学院 (MIT) 的国际科学家团队开发了一种从人的血液中提取微小生物颗粒的简单方法,将它们用作生物标志物来评估其血管的健康状况。

生物标志物是称为细胞外囊泡 (EV) 的纳米级颗粒,由特定细胞释放到血液中。他们的工作是将生物材料(例如蛋白质和核酸)从一个细胞运输到另一个细胞。

在 2021 年 6 月发表在英国皇家化学学会 - 芯片实验室上的一篇论文中,该团队表明,来自几名糖尿病患者的血液样本中免疫细胞和血小板细胞分泌的循环 EV 数量异常高(10 到 50 倍) ,与其他糖尿病患者相比。

该团队在实验室实验中发现,当这些 EVs(取自 6 名具有高 EV 计数的患者)被添加到血管细胞中时,它们会诱导更高水平的血管炎症标志物。结果表明,从长远来看,血液中EV含量高的患者发生血管并发症的风险可能更高。

由机械与航空航天工程学院侯瀚伟助理教授和南大校长 Subra Suresh 教授共同领导的跨学科团队,与南大材料科学与工程助理教授 Dalton Tay、副教授 Rinkoo Dalan 合作报告了这些发现。顾问,内分泌学,TTSH,麻省理工学院高级科学家和南大客座教授,明道博士。

在他们的研究论文中,该团队解释了他们的原型“芯片实验室”如何在一小时内自动从血液样本中分离电动汽车——大约是使用传统离心方法所需时间的五分之一。

新芯片的工作原理

名为“ExoDFF”(使用 Dean Flow Fractionation 进行外泌体分离)的微流控芯片首先通过螺旋形通道高速发送血样。

基于离心和惯性效应 - 流体的运动和作用于流体中颗粒的水动力 - 较大的血细胞向一个方向旋转,而较小的 EV 将流动得更快并被引导到不同的出口进行收集。

目前使用超速离心从血液中分离 EV 的全球基准非常耗时(长达 5 小时),并且从血液样本中捕获的 EV 非常少。这也是费力和非标准化的,因为不同的实验室有不同的提取和纯化电动汽车的协议。

南大李光前医学院的侯助理教授说,相比之下,使用 ExoDFF 芯片可以将 EV 分离和浓缩过程合并为一个步骤,并且不需要训练有素的专业知识。

“我们与我们的 TTSH 临床医生合作伙伴密切合作,以确保只需对芯片进行一步操作即可轻松提取 EV 进行分析。微流体现在是一项成熟的技术,凭借我们在该领域的深厚专业知识,我们可以轻松设计独特的微流体解决方案,以从人体血液中分离各种细胞和生物标志物,”侯助理教授说,他曾在 2019 年发明了一个芯片实验室来分析一个人的免疫系统状态。

世界上有超过 4.22 亿人患有糖尿病,而在新加坡,10% 的人口(超过 40 万人)患有代谢疾病,而心血管疾病约占全球死亡人数的 31%,包括新加坡。

李光前医学院兼职教授 Rinkoo Dalan 副教授表示:“2019 年,心血管疾病 (CVD) 导致全球 1860 万人死亡,其中 58% 发生在亚洲。尽管治疗取得重大进展,与动脉粥样硬化相关的死亡率和发病率仍然很高。”

“我们需要在动脉发生重大损伤之前很久就对糖尿病和其他高危患者的潜在风险进行分类,以便我们制定预防方法。这项创新有可能及早发现风险,以便预防方法能够然后有助于限制血管损伤的进展。

“这项创新特别有益,因为它与新型抗炎药(如 canakinumab 有可能预防这些患者的心血管疾病)以及其他糖尿病特异性药物(如 SGLT2 抑制剂)的开发相吻合,后者可为患者提供某些保护作用。 “心脏。然后可以将这些药物给予显示出患 CVD 风险较高的患者。该设备还有可能用于评估治疗对动脉的影响。”

能够识别出血管炎症增加的糖尿病患者,可以让医生在心血管疾病发展为更严重的疾病之前,在早期阶段治疗心血管疾病,从而需要进行涉及支架或手术的更具侵入性的治疗。”

目前,EV 分离芯片可以在一个小时内处理多达 5 毫升的血液。由于 ExoDFF 设计具有可扩展性、低成本(每个芯片的制造成本只需几美元),并且不需要任何化学品,因此可以设计为处理更大的样本量或适用于制造基于细胞或电动汽车-基于疗法,例如干细胞疗法。

该团队希望开发一种用于临床和研究用途的自动化且更小的“打印机大小”版本的机器。

该团队还计划对更大的患者样本组进行更多实验,以进一步验证他们使用 EV 作为糖尿病患者风险分层的非传统生物标志物的假设。

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