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Kleine Proben, große Wirkung: Mitra gegen Unterernährung

by Emerson Dameron, on Aug 22, 2019 3:47:20 PM

Ein Student der Duke University entnimmt eine Blutprobe bei einem jungen, unterernährten Mann in Liberia, AfrikaDer mit geringen Ressourcen dotierte Außendienst stellt alle Beteiligten vor einzigartige Herausforderungen, sei es im Bereich der Forschung und/oder der Diagnose. Die Mitra®-Microsampling-Technologie bietet das nötige Potenzial, um eine oder mehrere dieser Herausforderungen zu meistern und aus der Welt zu schaffen.

Vor Kurzem unterstützte die volumetrische absorptive Microsampling-Technologie (VAMSTM) eine Gruppe Transplantationspatienten bei der Besteigung des Kilimandscharo. Nun haben Studenten und Wissenschaftler des biomedizinischen Engineering-Programms der Duke University eine weiteren neuen, transformativen Anwendungsfall gefunden: Die Untersuchung von Kindern in Liberia auf Biomarker, die mit Unterernährung verbunden sind.

Während des Sommers landeten Daniel Joh, ein PhD-Student der Medizin am Duke Hospital und seine Mitarbeiter in New Kru Town, einem Viertel in den Außenbezirken von Monrovia in Liberia. Sie waren dort, um die Diagnose-Tools, die zur schnellen Messung der mit Unterernährung verbundenen Biomarker entwickelt wurden, im Feld zu testen. In dieser ressourcenarmen Region haben sie ihre Zelte in der Redemption Clinic aufgeschlagen und einige bahnbrechende medizinische Innovationen angewendet, um ihre Arbeit unter suboptimalen Bedingungen auszuführen.

Hintergrund

Fünfundzwanzig Prozent der Kinder weltweit leiden an Unterernährung. Traditionelle Messungen für Unterernährung liefern nicht immer ein klares und einheitliches Bild des Unterernährungszustands der betroffenen Kinder. Daher war eine verbesserte Diagnosemethode erforderlich. Allerdings benötigten die Forscher für effiziente Diagnoseanalysen ein einfaches, leicht zu messendes biologisches Ziel.

Eine Forschung in Uganda, die der Arzt Michael Freemark 2014 unternahm, untersuchte die Metabolismusveränderungen bei Kindern, die gegen Unterernährung behandelt wurden, und identifizierte das Leptin-Hormon als wichtigen Akteur. Leptin wird vom weißen Fettgewebe gebildet und ist ein Marker für die Energieeinlagerung.

Unterernährte Kinder besitzen nicht viel weißes Fettgewebe. Daher ist es für sie schwieriger, die Energielevel, die für die normalen Körperfunktionen erforderlich sind, aufrecht zu erhalten. Das Hormon hilft auch bei der Stimulierung verschiedener Mechanismen des Immunsystems, sodass Patienten mit niedrigen Leptinwerten oft auch immunschwach und dementsprechend anfälliger für Infektionen sind.

Ein Wissenschaftler und ein Student der Duke University verwenden den Mitra-Microsampler in einer provisorischen Klinik

Bedeutung und Herausforderungen der Fernprobenentnahme

Indes erwiesen sich die Blutabnahme bei den Patienten und der Versand der Proben an die Duke University als nicht zu bewerkstelligen. In Umfeldern mit begrenzten Ressourcen müssen die Ärzte auf sogenannte Lateral Flow-Tests zurückgreifen. Dabei handelt es sich um Analysen zur schnellen Diagnose, die sehr mobil sind und innerhalb von fünf Minuten eine Diagnose bereitstellen können. Sie sind jedoch nicht besonders empfindlich. Sehr empfindliche Tests wie ELISA liefern hingegen extrem genaue Ergebnisse, sind aber weder schnell noch mobil. Erforderlich war hier ein umsetzbarer Test für diverse ressourcenarme Umfelder der Welt, in denen Unterernährung ein maßgebliches Problem darstellt.

Die Entwicklung eines diagnostischen Tests, der eine einzigartige, nicht klebende Beschichtung verwendet, die gegenüber den im Blut enthaltenen Molekülen und Zellen wie Teflon wirkt, besaß das Potential, die nötige Lösung für das Problem zu bieten. Die D4-Analyse wurde entwickelt, um die erforderliche Empfindlichkeit, Schnelligkeit und Mobilität zu bieten. Dennoch blieben in ressourcenarmen Umfeldern die Lagerung und der Versand der Proben problematisch.

Üblicherweise werden biologische Proben, die vor Ort entnommen werden, gekühlt transportiert. Die Forscher müssen die Proben kühlen oder tiefkühlen, damit sich die Proteine nicht zersetzen. Da dieser Ansatz nicht realisiert werden konnte, entschied das Team sich für den Mitra-Microsampler.

„Um die D4-Analyse in größeren Feldstudien anzuwenden,“ so Johs Mitarbeiter und Student an der Duke University Jay Gupta, „benötigten wir eine zuverlässige und kostengünstige Methode zur Entnahme und Lagerung von Patientenproben. Hierfür eignet sich das Mitra-Produkt. Es fügt sich perfekt in den Workflow der D4-Analyse ein. In unserem Fall verwenden wir das Mitra-Produkt zur Entnahme von Proben vor Ort in Liberia. Die Proben werden anschließend aus Liberia zur Duke University versendet. Wir verarbeiten die Proben in unserem Labor an der Duke University.“

Ein junger Liberianischer Patient schließt den Verschluss des Mitra-Probenbeutels Die Herausforderungen bewältigen

Die mit dem Mitra-Produkt entnommenen kleinvolumigen Proben boten den Forschern die Möglichkeit, biologische Proben bei Raumtemperatur zu entnehmen und an das Labor zu senden, wo sie dann problemlos aufbereitet wurden. Die Forscher konnten die Proben zurück in die USA senden und sie auf D4-Chips verarbeiten, so wie sie es ursprünglich geplant hatten.

Das Projekt lieferte extrem wichtige Daten, die verwendet wurden, um Antworten bezüglich der Leistungen der D4-Analyse bei der Diagnose einer Unterernährung sowie über die Möglichkeiten von Probenentnahmemethoden wie dem Microsampling in diversen Umfeldern zu erlangen.

Die Verwendung der Mitra- und D4-Analysen im Feld bot Gelegenheiten zur Ermittlung von Komplikationen. Das wäre nicht möglich gewesen, wenn die Proben in einer kontrollierten Laborumgebung entnommen worden wären. Dadurch konnten wichtige Änderungen an der Technologie vorgenommen werden, die den Erfolg bei den nächsten Probenentnahmekampagnen weiter gesteigert haben.

Fotos mit freundlicher Genehmigung von Michaela Kane (Duke BME).

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