Φορητή συσκευή βρίσκει την ομάδα αίματος και τον αιματοκρίτη σε ένα λεπτό!

Σύνοψη

• Ερευνητές του National Taiwan University κατασκεύασαν μια χειροκίνητη συσκευή, μεγέθους τηλεχειριστηρίου, που αναλύει το αίμα πλήρως αυτόνομα, χωρίς ηλεκτρικό ρεύμα ή μπαταρίες.
• Απαιτώντας αποκλειστικά μία σταγόνα αίματος, το εργαλείο προσδιορίζει την ομάδα αίματος και μετράει τον αιματοκρίτη (επίπεδα ερυθρών αιμοσφαιρίων) μέσα σε περίπου εξήντα δευτερόλεπτα.
• Η λειτουργία βασίζεται στη μηχανική φυγόκεντρο δύναμη, η οποία ωθεί το δείγμα μέσα από μικροκανάλια προκειμένου να αναμειχθεί με ειδικά αντισώματα και να δημιουργήσει ευδιάκριτους θρόμβους.
• Ο σχεδιασμός απευθύνεται σε ομάδες διάσωσης, παραϊατρικό προσωπικό και ιατρικές αποστολές σε αναπτυσσόμενες χώρες ή ζώνες φυσικών καταστροφών.
• Η ταυτόχρονη μέτρηση επιτρέπει στους διασώστες να αναγνωρίζουν άμεσα πιθανή κρυφή εσωτερική αιμορραγία ή αναιμία στο σημείο του ατυχήματος, εξοικονομώντας πολύτιμο χρόνο.

Οι ιατρικές καταστάσεις έκτακτης ανάγκης σπάνια διαθέτουν την ευγένεια να προκύπτουν σε κοντινή απόσταση από οργανωμένα νοσοκομεία ή υπερσύγχρονες κλινικές, κάτι που καθιστά το έργο των διασωστών εξαιρετικά περίπλοκο όταν καλούνται να λάβουν κρίσιμες αποφάσεις κατευθείαν στο πεδίο. Η άμεση διάγνωση της κατάστασης ενός πολυτραυματία αποτελεί τον θεμέλιο λίθο της αποτελεσματικής προνοσοκομειακής φροντίδας, ειδικά όταν οι ιατροί αντιμετωπίζουν σοβαρούς τραυματισμούς που συνεπάγονται μαζική απώλεια αίματος και απαιτούν ταχύτατες μεταγγίσεις για τη διατήρηση της ζωής. 

Μέχρι σήμερα, το παραϊατρικό προσωπικό και οι τραυματιοφορείς αναγκάζονταν να βασίζονται σε χρονοβόρες εργαστηριακές διαδικασίες ή όφειλαν να περιμένουν τη διακομιδή του ασθενούς σε κάποια κεντρική μονάδα υγείας, προκειμένου να αποκτήσουν πρόσβαση σε βασικές αλλά απολύτως απαραίτητες αιματολογικές εξετάσεις. Η ερευνητική ομάδα του National Taiwan University παρουσίασε πρόσφατα μια εξαιρετικά ενδιαφέρουσα τεχνολογική λύση που φιλοδοξεί να μεταφέρει τον εργαστηριακό έλεγχο στα χέρια των πρώτων ανταποκριτών, καταργώντας πλήρως την ανάγκη για παροχή ηλεκτρικού ρεύματος και πολύπλοκη εξειδικευμένη εκπαίδευση.

Η μελέτη απέσπασε άμεσα την προσοχή της παγκόσμιας ιατρικής κοινότητας αναδεικνύοντας τις δυνατότητες της μικρορευστομηχανικής (microfluidics) στις φορητές διαγνωστικές συσκευές. Ο σχεδιασμός αφορά έναν πρωτοποριακό χειροκίνητο φυγοκεντρητή ο οποίος, όσον αφορά τον όγκο του, δεν ξεπερνά τις διαστάσεις ενός τυπικού τηλεχειριστηρίου τηλεόρασης. Πρόκειται για έναν απίστευτα συμπαγή μηχανισμό που βασίζεται στην αξιοποίηση της ανθρώπινης κινητικής ενέργειας για να αντικαταστήσει τους ογκώδεις και ενεργοβόρους ιατρικούς αναλυτές που συναντάμε στα μικροβιολογικά εργαστήρια. Απαιτώντας αποκλειστικά και μόνο μία σταγόνα αίματος από το δάχτυλο του ασθενούς, το μικροσκοπικό εργαλείο καταφέρνει να παρέχει ταυτόχρονα δύο ζωτικής σημασίας μετρήσεις.

Πιο αναλυτικά, η κατασκευή προσδιορίζει με ακρίβεια την ομάδα αίματος του εξεταζόμενου και παράλληλα υπολογίζει τα επίπεδα των ερυθρών αιμοσφαιρίων, δίνοντας μια άμεση εικόνα για τον αιματοκρίτη μέσα σε χρονικό διάστημα που αγγίζει μόλις το ένα λεπτό. Η συνδυαστική εκτέλεση αυτών των δύο ιατρικών πράξεων προσφέρει στους διασώστες την απαραίτητη πληροφόρηση για το αν ο τραυματίας πάσχει από προϋπάρχουσα αναιμία ή αν υφίσταται σοβαρή εσωτερική αιμορραγία που κρύβεται πίσω από τα εμφανή τραύματα. Η γνώση της ομάδας αίματος στο σημείο του ατυχήματος επιτρέπει τη βέλτιστη διαχείριση των αποθεμάτων αίματος τύπου O-αρνητικού, το οποίο θεωρείται παγκόσμιος δότης και χορηγείται τυφλά σε επείγουσες καταστάσεις, προστατεύοντας έτσι τα περιορισμένα αποθέματα των τραπεζών αίματος για όσους το έχουν πραγματικά ανάγκη.

Ο τρόπος με τον οποίο ο μηχανισμός εξάγει τα ιατρικά συμπεράσματα βασίζεται σε μια ευφυή εφαρμογή της φυσικής και της βιοχημείας. Το σύστημα ενεργοποιείται μηχανικά καθώς ο χρήστης περιστρέφει μια μικρή μανιβέλα, θυμίζοντας έντονα τον τρόπο που λειτουργούν οι οικιακοί στεγνωτήρες λαχανικών, προσαρμοσμένο όμως σε κλίμακα εργαστηριακής ακριβείας. Καθώς αναπτύσσονται υψηλές ταχύτητες περιστροφής, η φυγόκεντρος δύναμη που παράγεται αναλαμβάνει να ωθήσει τα σταγονίδια του αίματος μέσα από ένα περίπλοκο και σχολαστικά σχεδιασμένο δίκτυο ελικοειδών μικροκαναλιών. Στη διαδρομή τους μέσα σε αυτά τα στενά περάσματα, τα ερυθρά αιμοσφαίρια έρχονται σε απευθείας επαφή με προτοποθετημένα αντισώματα που έχουν εγχυθεί στους θαλάμους της συσκευής από το στάδιο της κατασκευής.

Η βιοχημική αλληλεπίδραση μεταξύ των αντιγόνων του αίματος και των αντισωμάτων προκαλεί μια άμεση αντίδραση συγκόλλησης, εφόσον υπάρχει συμβατότητα, κάνοντας τα κύτταρα να ενώνονται μεταξύ τους και να σχηματίζουν ευδιάκριτους θρόμβους. Αυτοί οι συσσωματωμένοι θρόμβοι ταξιδεύουν μέσω των μικροκαναλιών μέχρι να συναντήσουν μια σειρά από στρατηγικά τοποθετημένες μικροσκοπικές σχισμές. Οι σχισμές λειτουργούν ως μηχανικά φίλτρα τα οποία παγιδεύουν τα συγκολλημένα κύτταρα, σχηματίζοντας μια ορατή χρωματική ένδειξη. Ο χειριστής μπορεί να διαβάσει το τελικό αποτέλεσμα ρίχνοντας απλώς μια ματιά στο διαφανές κάλυμμα, ερμηνεύοντας τα μοτίβα με βάση έναν τυπικό οδηγό χρήσης, χωρίς να απαιτείται η παρεμβολή ψηφιακών οθονών, ευπαθών αισθητήρων ή λογισμικού ανάλυσης εικόνας.

Την ίδια στιγμή, η κατανομή των ερυθρών αιμοσφαιρίων κατά μήκος της διαδρομής φυγόκεντρου λειτουργεί ως κλίμακα μέτρησης του αιματοκρίτη, παρέχοντας μια γρήγορη και αξιόπιστη ένδειξη για την πυκνότητα του αίματος. Η πλήρης εξάλειψη των μπαταριών και των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων καθιστά τη φορητή διάταξη εξαιρετικά ανθεκτική στις κακουχίες του πεδίου, εξασφαλίζοντας πως δεν πρόκειται να εγκαταλείψει την ιατρική ομάδα εξαιτίας αποφορτισμένης μπαταρίας ή βραχυκυκλώματος σε περιβάλλοντα με υψηλή υγρασία. Ο σχεδιασμός ανταποκρίνεται πλήρως στο όραμα των μηχανικών βιοϊατρικής που επιθυμούν να αναπτύξουν ανθεκτικά εργαλεία για περιοχές που έχουν πληγεί από σαρωτικούς σεισμούς, πλημμύρες, τυφώνες, ή για αναπτυσσόμενα κράτη όπου η συνεχής παροχή ηλεκτρικής ενέργειας φαντάζει πολυτέλεια και οι αλυσίδες ψύξης για τα ιατρικά αναλώσιμα συχνά διακόπτονται.

Οι δημιουργοί του εργαλείου τόνισαν πως πρωταρχικός στόχος της έρευνας ήταν η απεξάρτηση των κρίσιμων εξετάσεων από τους αυστηρούς περιορισμούς του παραδοσιακού εργαστηρίου. Η μεταφορά της ιατρικής τεχνολογίας απευθείας στο σημείο της διάσωσης σημαίνει λιγότερος χαμένος χρόνος κατά τη μεταφορά και πολύ πιο στοχευμένη φαρμακευτική αγωγή πριν καν η σειρήνα του ασθενοφόρου φτάσει στην είσοδο των επειγόντων περιστατικών. Παράλληλα, η απλότητα των υλικών που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή του εξωτερικού περιβλήματος και του μηχανισμού των εσωτερικών καναλιών συνεπάγεται σημαντικά μειωμένο κόστος μαζικής παραγωγής σε σχέση με τους παραδοσιακούς διαγνωστικούς αναλυτές. 

Η χρήση πολυμερών πλαστικών επιτρέπει τη βιομηχανική παραγωγή των συσκευών σε τιμές που τις καθιστούν προσιτές όχι μόνο για τα υγειονομικά συστήματα του δυτικού κόσμου, αλλά και για ανθρωπιστικές οργανώσεις. Αν και το σύστημα βρίσκεται ακόμη σε φάση βελτιστοποίησης για την επιβεβαίωση της αξιοπιστίας του σε ακραίες θερμοκρασίες, η ενσωμάτωση τέτοιων αυτόνομων μηχανισμών στα σακίδια πρώτων βοηθειών αντιπροσωπεύει μια ουσιαστική εξέλιξη στην προάσπιση της ανθρώπινης ζωής.