Forschungsschwerpunkt: Lab-on-a-Chip-Technologien zur Verbesserung der Beurteilung gespeicherter roter Blutkörperchen

Jul 21, 2023

NewsJul | 26 | 2023

Ziya Isiksacan, PhD, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter am Center for Engineering in Medicine and Surgery (CEMS), ist der Hauptautor, undOsman Berk Usta, PhD, ein Forscher am CEMS am Massachusetts General Hospital und außerordentlicher Professor für Chirurgie an der Harvard Medical School, ist der leitende Autor einer neuen Studie, die in PNAS veröffentlicht wurde: „Assessment of Stored Red Blood Cells Through Lab-on-a-Chip Technologies for Precision“. Transfusionsmedizin.

Der Artikel ist eine Zusammenarbeit mehrerer internationaler Institute und Disziplinen und soll Diskussionen und Veränderungen hin zu einer besseren Beurteilung von Blutkonserven anstoßen.

Dies ist ein perspektivischer Artikel, der auf Probleme hinsichtlich der Qualität der gelagerten roten Blutkörperchen (RBCs) und das Fehlen einer guten Beurteilung vor ihrer Transfusion zurückzuführen ist. Insbesondere gehen wir und andere davon aus, dass gelagerte Erythrozyten nach den derzeitigen Praktiken aufgrund von Spender-, Zeit- und Verarbeitungsfaktoren nicht immer sicher transfundiert werden können. Dies ist besonders problematisch für schwerkranke Patienten, Patienten mit chronischen Transfusionsregimen und Operationen, bei denen große Mengen Erythrozyten transfundiert werden.

Dementsprechend haben wir aus dieser Perspektive das Fehlen einer quantitativen Bewertung der gespeicherten Erythrozyten vor der Transfusion auf Einheitsbasis hervorgehoben, ein bemerkenswerter Fehler im Zeitalter der personalisierten Medizin. Wir gehen davon aus, dass im Laufe des nächsten Jahrzehnts modernste Technologien wie Omics und maschinelles Lernen kombiniert werden können, um zunächst eine Reihe wichtiger quantitativer Qualitätsmetriken (d. h. einen Qualitätsindex) für gespeicherte Erythrozyten zu identifizieren. Diese Qualitätsindizes können dann Lab-on-a-Chip-Plattformen, die mit neuartigen Biosensoren ausgestattet sind, dabei unterstützen, die Qualität der gespeicherten Erythrozyten kontinuierlich zu überwachen und dann die Eigenschaften der Erythrozyteneinheit an die Bedürfnisse des Patienten anzupassen.

Was diesen Artikel einzigartig macht, ist die große Bandbreite an Autoren, die die verschiedenen Interessengruppen vertreten, die letztendlich zu den im Perspektivartikel vorgeschlagenen Lösungen beitragen werden. Konkret haben wir Experten aus den Bereichen Hämatologie, Transfusionsmedizin, Blutlagerung und Biokonservierung, Omics, Ingenieurwesen und Biowissenschaften, globale Gesundheit und Ethik rekrutiert, die sowohl akademische als auch industrielle Standpunkte vertreten. Lab-on-a-Chip-Technologien können dafür sorgen ein erfolgreicherer Transfusions-Workflow durch die Ermöglichung einer objektiven Bewertung der gespeicherten Erythrozyteneinheiten mithilfe von Qualitätsmetriken, die durch Omics und maschinelles Lernen ermittelt wurden, und läutete so eine neue Ära der Präzisionstransfusionsmedizin ein. Die Auseinandersetzung mit dem Potenzial und den Herausforderungen der Präzisionstransfusionsmedizin wird die vorgeschlagene konvergente Zukunft erleichtern, bei der jede gespeicherte Erythrozyteneinheit vor der Transfusion anhand eines Qualitätsindex bewertet wird. Dies erfordert, dass alle Beteiligten (einschließlich Experten für Blutbanken, Biokonservierung, Transfusionsmedizin, Omics, maschinelles Lernen, Biotechnik, Ethik, Regulierung und letztendlich Patienten) an multidisziplinären Diskussionen und Kooperationen teilnehmen und nicht an ihren derzeitigen isolierten Bemühungen. Diese Perspektive – in der wir über ein vielfältiges Team solcher Interessenvertreter verfügen – ist ein Schritt in Richtung dieser geplanten Ära der Präzision in der Transfusionsmedizin.

Unser geplanter Arbeitsablauf, der in dieser Perspektive besprochen wurde, war für eine sicherere (weniger Nebenwirkungen und Komplikationen) und wirksamere Transfusion konzipiert. Wie bereits erwähnt, kann die mangelnde Qualitätsbewertung der gelagerten Erythrozyten besonders problematisch für kritisch kranke Patienten, solche mit chronischen Transfusionsregimen und Praxen sein, bei denen große Mengen an Erythrozyten transfundiert werden. Sollten die angestrebten Arbeitsabläufe also realisiert werden, wären sie ein bedeutender Fortschritt für die Patientensicherheit.

Diese Perspektive wurde von einem Autorenkonsortium aus verschiedenen Interessengruppen verfasst, mit dem Ziel, durch den Einsatz fortschrittlicher Technologien eine bessere Zukunft für die Sicherheit von Transfusionsmedizin vorzustellen und zu schaffen. Daher bestehen unsere nächsten Schritte darin, interaktive Foren (Konferenzen und Arbeitsgruppen) zu schaffen, um eine größere Anzahl von Interessengruppen einzubeziehen und zu mobilisieren, um die in dieser Perspektive dargelegten Ziele zu erreichen.

Zum Autorenkonsortium gehören: DR. Ziya Isiksakan(Mikrofluidik, Biokonservierung, Erythrozytenmorphologie, Elektrotechnik – MGH & Shriners Children's),Angelo D'Alessandro(Metabolomik, Proteomik, Biochemie, Transfusionsmedizin, RBC-Biologie – U. Colorado Anschutz),Dr. Susan M. Wolf(Bioethik, Recht, Gesundheitsrecht, Wissenschaftsrecht – U. Minnesota),Dr. David H. McKenna(Transfusionsmedizin, Blut, Zelltherapie, Qualitätskontrolle, Pathologie – U. Minnesota),Shannon N. Tessier(Biokonservierung, Biochemie, MGH & Shriners Children's),Dr. Erdem Kucukal(RBC-Störungen, Hämorheologie, Kommerzialisierung Maschinenbau – Biochips Labs), DR. Aslihan A. Gokaltun(Biokonservierung, Biomaterialien, Polymerwissenschaft, Chemieingenieurwesen – MGH & Shriners Children's),Ich will William(Biokonservierung, RBC-Biologie – U. Alberta), Dr. A.S. Rebecca D. Sandlin(Kryobiologie, Biostabilisierung, globale Gesundheit – MGH & Shriners Children's),Dr. John Bischof(Biokonservierung, Nanoerwärmung, Kryobiologie, Maschinenbau),Dr. Narla Mohandas(Hämatologie, Transfusionsmedizin, Blutbanking, RBC-Biologie – New York Blood Center),Dr. Michael P. Busch(Transfusionsmedizin und -sicherheit, Blutsicherheit, Infektionskrankheiten – Vitalant Research Institute & U. California San Francisco),Caglar Elbuken(Mikrofluidik, Point-of-Care-Diagnostik, Instrumentierung, Erythrozytenmorphologie, Biosensoren – U. Oolu & Bilkent U)., DR. Umut A. Gurkan(Erythrozytenstörungen, klinische Mikrofluidik, Point-of-Care-Diagnostik, Kommerzialisierung, Maschinenbau – Case Western U. & Biochips Labs), DR. Mehmet Toner(Mikrofluidik, Point-of-Care-Diagnostik, Biokonservierung, globale Gesundheit, Maschinenbau – MGH & Shriners Children's),Dr. Jason P. Acker(Kryobiologie, RBC-Biologie, oxidative Verletzung, Transfusionsmedizin, Blutbanking, U. Alberta & Canadian Blood Services),Dr. Martin L. Yarmush(Biokonservierung, Tissue Engineering, Biochemie, Mikrofluidik, biomedizinische Technik – MGH & Shriners Children's),Dr. O. Berk Usta(Biokonservierung, Mikrofluidik, Tissue Engineering, biomedizinische Technik) – MGH & Shriners Children's).

Isiksacan Z, D'Alessandro A, Wolf SM, McKenna DH, Tessier SN, Kucukal E, Gokaltun AA, William N, Sandlin RD, Bischof J, Mohandas N, Busch MP, Elbuken C, Gurkan UA, Toner M, Acker JP, Yarmush ML, Usta OB (2023). Bewertung gespeicherter roter Blutkörperchen durch Lab-on-a-Chip-Technologien für die Präzisionstransfusionsmedizin. PNAS 10.1073/pnas.2115616120

Das Massachusetts General Hospital wurde 1811 gegründet und ist das ursprüngliche und größte Lehrkrankenhaus der Harvard Medical School. Das Mass General Research Institute führt das größte krankenhausbasierte Forschungsprogramm des Landes mit einem jährlichen Forschungsvolumen von mehr als 1 Milliarde US-Dollar durch und umfasst mehr als 9.500 Forscher, die in mehr als 30 Instituten, Zentren und Abteilungen arbeiten. Im Juli 2022 wurde Mass General auf Platz 8 der US News & World Report-Liste der „Amerikas besten Krankenhäuser“ gewählt. MGH ist Gründungsmitglied des Gesundheitssystems von Mass General Brigham.

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