Neue Vorrichtung schnell inspiriert von der Milz filtert Bakterien, Pilze und Giftstoffe für Sepsistherapie

So kann es schnell bergab , wenn ein Patient Sepsis zu gehen, eine lebensbedrohliche Erkrankung, bei der Bakterien oder Pilze vermehren sich im Blut eines Patienten - oft zu schnell Antibiotika um zu helfen. Ein neues Gerät an der Harvard Wyss Institut inspiriert von der menschlichen Milz und entwickelt von einem Team für biologisch inspirierte Technik kann radikal verändern die Art und Weise behandeln Ärzte Sepsis.


Milz -ähnlichen Blut - Reinigungsgerät Die Wyss Instituts nutzt gentechnisch veränderte Blutproteine ​​an magnetische Nanopartikel und magnetische Kräfte aufgebracht, um eine Vielzahl von Krankheitserregern aus dem Blut zu ziehen.
Bildnachweis: Harvard Wyss Institut

"Selbst mit den besten aktuellen Behandlungen sind Sepsis-Patienten auf der Intensivstation zu sterben mindestens 30 Prozent der Zeit ", sagte Mike super , Ph.D., Senior Staff Scientist am Institut Wyss . "Wir brauchen einen neuen Ansatz . " Sepsis tötet mindestens acht Millionen Menschen weltweit jedes Jahr und es ist die häufigste Ursache für Todesfälle Krankenhaus .

Das Gerät , genannt " biospleen , " über den Erwartungen der Mannschaft mit seiner Fähigkeit, menschlichem Blut im Labor getestet zu reinigen und erhöht Überlebensrate bei Tieren, die mit infiziertem Blut , wie in Nature Medicine berichteten . In einer Angelegenheit von Stunden , kann es lebenden und toten Krankheitserreger aus dem Blut sowie gefährliche Giftstoffe , die von den Erreger freigesetzt filtern.

Sepsis entsteht, wenn das Immunsystem eines Patienten reagiert, um eine Sepsis , Auslösen einer Kettenreaktion verursachen können Entzündung , Blutgerinnung, Organschäden und Tod. Es kann aus einer Vielzahl von Infektionen, einschließlich ergeben Blinddarmentzündung . Harnwegsinfektionen , Haut und Lungen-Infektionen , sowie kontaminierte Infusionsschläuche , Operationsstellen und Katheter.


Dieses Bild zeigt die Wirksamkeit der gentechnisch hergestellte Protein - beschichteten magnetischen Kügelchen Bindung an Pathogene. Hierbei sind die magnetischen Beads (128 nm) , zwei Erreger (E. coli auf der linken und S. aureus auf der rechten Seite ) gebunden
Bildnachweis: Harvard Wyss Institut

Die Ermittlung der spezifischen Pathogen für Sepsis kann mehrere Tage dauern verantwortlich , und bei den meisten Patienten der Erreger ist nie identifiziert . Wenn Ärzte nicht genau feststellen, welche Arten von Bakterien oder Pilze verursacht die Infektion behandeln sie Sepsis-Patienten empirisch mit Breitband-Antibiotika - die aber oft nicht in vielen Fällen , und sie kann verheerende Nebenwirkungen haben . Die Sepsis -Behandlung Herausforderung weiterhin komplexer, da die Prävalenz von Drogen-resistenten Bakterien steigt wachsen , während die Entwicklung neuer Antibiotika hinkt .

"Dies ist die Bühne für einen perfekten Sturm ", sagte super , der Teil eines Teams von Wyss Institut Gründungsdirektor Don Ingber , MD, Ph.D., zu der auch Wyss Institut Technology Development Fellow Joo Kang , Ph geführt war . D. und Kollegen aus Boston Kinderkrankenhaus der Harvard Medical School und Massachusetts General Hospital.

Kang , der auch wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Harvard School of Engineering and Applied Sciences ( SEAS ) und Research Fellow in der Gefäßbiologie -Programm an der Boston -Kinderklinik , mit dem Team , um einen Fluid-Vorrichtung , die außerhalb des Körpers funktioniert wie eine Dialyse zu bauen gesetzt Maschine und entfernt lebende und tote Mikroben aller Sorten - sowie Giftstoffe. Sie modelliert es nach der Mikroarchitektur des menschlichen Milz, ein Organ , das Krankheitserreger und toten Zellen durch eine Reihe von winzigen Blut verwobenen Kanälen entfernt aus dem Blut.

Die biospleen eine mikrofluidische Vorrichtung , die von zwei benachbarten Hohlkanäle , die miteinander durch eine Reihe von Schlitzen verbunden sind, bestehend aus: einem Kanal fließenden Blut enthält , und die andere hat eine Kochsalzlösung , sammelt und entfernt die Pathogene, die durch die Schlitze zu reisen. Der Schlüssel zum Erfolg des Gerätes sind winzige Nanometer-Größe magnetischen Kügelchen , die mit einem biotechnologisch hergestellte Version eines natürlichen Immunsystem Protein namens Mannose bindendes Lektin (MBL ) beschichtet sind.

In seiner angeborenen Zustand hat MBL einem astähnlichen "Kopf" und einen stabförmigen "Schwanz ". Im Körper bindet der Kopf an spezifische Zucker auf den Oberflächen aller Arten von Bakterien, Pilzen , Viren , Protozoen und Toxine, und der Schwanz queues das Immunsystem zu zerstören. Aber manchmal andere Immunsystem -Proteine ​​binden an die MBL Schwanz und aktivieren Blutgerinnung und Organschäden - so super gebrauchte Gentechnik Werkzeuge, um lop off the tail und Graft auf ein ähnliches aus einer Antikörper- Protein, das diese Probleme nicht verursacht.

Das Team dann angebracht Hybridproteine ​​an magnetische Kügelchen 128 Nanometer im Durchmesser etwa ein fünf Hundertstel der Breite eines menschlichen Haares , neuartige Kügelchen , die Blut von einem infizierten Patienten , um die Erreger und Toxine binden hinzugefügt werden könnten , ohne das Erstellen erster identifizieren die Art der Infektionserreger . Die Sepsis Einrichtung weist dann einen Magneten, der pathogen- beschichteten magnetischen Kügelchen durch die Kanäle zieht , um das Blut durch die Vorrichtung , die dann in den Patienten zurück fließt reinigen.

Das Team erste Blut - Reinigungssystem getestet mit menschlichem Blut im Labor , die mit Krankheitserregern versetzt wurde . Sie waren in der Lage, Blut viel schneller als je zuvor zu filtern, und die Magnete effizient zog die Perlen - mit den Krankheitserregern überzogen - aus dem Blut . In der Tat waren mehr als 90 Prozent der Schlüssel Sepsis Pathogene gebunden und entfernt werden , wenn das Blut floß durch ein einziges Gerät mit einer Geschwindigkeit von etwa einem halben bis einem Liter pro Stunde , und viele Geräte miteinander verbunden sind und Ebenen für menschliches Blut erforderlich erhalten werden Reinigung bei Dialyse -ähnlichen Preisen.

Nächste sie das Gerät mit Ratten, die mit infizierten getestet E. coli , S. aureus und Toxine - imitiert viele der Blutstrominfektionen , die menschlichen Sepsis-Patienten Erfahrung . Ganz ähnlich wie bei den Tests von menschlichem Blut , nach nur fünf Stunden Filterung, wurden rund 90 Prozent der Bakterien und Toxin aus der Ratten Blutkreislauf entfernt werden.

" Wir hatten nicht die Krankheitserreger zu töten. Wir haben gerade gefangen und entfernt sie", sagte super . Was mehr ist, überlebten 90 Prozent der behandelten Tiere im Vergleich zu 14 Prozent der Kontrollen - und tatsächlich, dank des Teams verändert MBL , das Immunsystem nicht überreagiert hatte .

" Sepsis ist eine große medizinische Bedrohung , die wegen der Antibiotikaresistenz erhöhen wird . Wir sind von der biospleen aufgeregt, weil es möglicherweise bietet eine Möglichkeit, die Patienten ohne Tage warten, um die Quelle der Infektion zu identifizieren schnell zu behandeln , und es funktioniert ebenso gut mit antibiotikaresistenten Organismen ", sagte Ingber , der auch der Judah Folkman Professor für Vaskuläre Biologie an der Harvard Medical School und der Gefäßbiologie -Programm an der Boston Kinderkrankenhaus, sowie Professor für Bioengineering an SEAS . "Wir hoffen, diese in Richtung Versuche am Menschen für die Förderung großer Tierversuche so schnell wie möglich zu bewegen. "