«Есть критическая потребность в определенных для пациента биомаркерах, которые могут использоваться, чтобы оценить эффективность лечения серповидно-клеточной анемии», сказал Сабра Суреш, президент Университета Карнеги-Меллон и соавтор исследования. «Это исследование показывает, как методы, обычно используемые в разработке и физике, могут помочь нам лучше понять, как эритроциты у людей с серповидно-клеточной анемией реагируют на лечение, которое могло привести к улучшенной диагностике и методам лечения».Результаты от инженеров, физиков и клиницистов от Карнеги Меллона, Питтсбургского университета, Массачусетского технологического института, Атлантического университета штата Флорида, Университета Корё, Корейского ведущего научно-технического института и Гарвардского университета будут изданы на этой неделе в раннем выпуске онлайн Слушаний Национальной академии наук (PNAS).У людей с серповидно-клеточной анемией есть неправильная форма гемоглобина, белок, найденный в эритроцитах, которые несут кислород всюду по телу. Нормальные эритроциты – гибкие диски, которые легко сгибаются и простираются, чтобы течь через узкие кровеносные сосуды тела.
При серповидно-клеточной анемии неправильный гемоглобин формирует волокна, которые заставляют клетки крови брать сглаженный, sickled формируют и напрягаются, когда они теряют кислород. Это изменение в форме и жесткости заставляет эритроциты застревать в кровеносных сосудах и предотвращает транспортировку кислорода к окружающей ткани. Это может вызвать анемию и чрезвычайную боль и повлиять на здоровье ткани и органов тела.
В настоящее время гидроксимочевина – единственное одобренное FDA лекарство от серповидно-клеточной анемии. Препарат уменьшает sickling в эритроцитах и используется, чтобы лечить боль и уменьшить потребность в переливаниях крови в некоторых пациентах, но это не работает во всех пациентах. Исследователи были разделены по тому, какие механизмы заставляют препарат работать.
Некоторые полагают, что это работает, повторно активируя эмбриональный гемоглобин, который лучше в транспортировке кислорода, чем неправильный гемоглобин, который вызывает sickling. Другие полагают, что это работает, увеличивая объем эритроцитов, уменьшая концентрацию гемоглобина серпа.В текущем исследовании международная исследовательская группа оценила биофизические свойства – форму, площадь поверхности и объем – и биомеханические свойства – гибкость и неподвижность – эритроцитов при нормальных окисленных условиях, используя электромагнитные волны, чтобы измерить небольшие различия в физических свойствах. Техника, известная как общий путь интерференционная микроскопия, позволила исследователям получать трехмерное представление о клетках.
Используя образцы крови от пациентов с серповидно-клеточной анемией, исследователи разделили эритроциты на четыре группы на основе их плотности. Нормальные, эритроциты, имеющие форму диска были наименее плотными, в то время как сильно sickled клетки были самыми плотными. Они тогда взяли образцы от людей, проходящих лечение гидроксимочевины и тех, которые не проходят лечение.
Эритроциты тех, которые проходят лечение, показали улучшение всех биофизических и биомеханических свойств, проверенных через все уровни плотности. Кроме того, улучшение физических свойств эритроцитов людей отнеслось с гидроксимочевиной, коррелируемой больше с увеличением объема эритроцита, чем с уровнями эмбрионального гемоглобина.«Наши результаты проливают свет на механизм позади действия гидроксимочевины, которое долго обсуждалось в научном сообществе», сказал Мин Дао, основной исследователь в Отделе MIT Материаловедения и Разработки и соавтора исследования. «Захватывающе видеть, что, используя последние оптические инструменты отображения, мы можем теперь подтвердить, какой – механизм доминирования.
Понимание ключевого механизма действия позволит нам исследовать роман и улучшило терапевтические подходы для серповидно-клеточной анемии».Исследователи надеются, что эти биофизические маркеры могут быть объединены с маркерами биохимического и молекулярного уровня, чтобы оценить вещи как серьезность серповидно-клеточной анемии пациента, определить, будет ли пациент поддаваться лечению гидроксимочевины и контролировать эффективность того лечения.