镰状细胞病是一种遗传性疾病，影响红细胞，将其天然椎间盘形状扭曲成新月或“镰刀”形状。正常的红细胞通过身体的小血管自由移动以输送氧气。对于镰状细胞病，畸形的红细胞变得坚硬和粘稠，使它们难以通过血管移动。他们最终阻止流动并分裂。该过程导致许多问题，包括严重的慢性疼痛，中风，器官损伤，脾功能障碍，心力衰竭甚至死亡。
镰状细胞病影响全世界许多国家的数百万人，包括儿童和成人。治疗疾病的一个主要挑战是患者忍受因疼痛危象引起的慢性和急性疼痛事件所带来的巨大痛苦。不幸的是，这些疼痛事件是不可预测的，患者永远不知道这些事件发生的时间和地点。
目前检测和监测镰状细胞病的方法主要依赖于光学显微镜，这是耗时的，导致捕获重要变化的延迟，而且，不能实时捕获变化。由于反复的细胞镰刀事件导致的形态变化可能导致永久性细胞损伤。为了有效地控制镰状细胞病，时间至关重要。
佛罗里达大西洋大学工程与计算机科学学院的研究人员开发出一种快速可靠的新方法，使用基于微流体的电阻抗传感器持续监测镰状细胞病。
发表在美国化学学会期刊ACS Sensors上的研究结果表明，这种新技术可以在不使用显微镜成像或生化标记物的情况下表征镰刀血液中的动态细胞镰状和无瘢痕过程。
通过这种方法，FAU海洋与机械工程系的资深作者，助理教授，FAU工程与计算机科学学院和迈阿密大学的共同作者Sarah E. Du博士能够表征细胞镰状率和镰状细胞百分比，这是血流异常和镰状细胞血管闭塞的重要因素。由于血红蛋白形式的改变，血管闭塞引起患者的急性疼痛。
“电阻抗测量和片上缺氧控制的结合为快速评估镰状细胞病患者细胞镰状细胞和细胞的动态过程提供了一种很有前景的方法，”Du说。“此外，电阻抗测量自然是定量的，实时的，并且提供了与感兴趣样品直接或间接接触的便利，允许与微流体平台和光学显微镜集成。”
该研究的结果表明，细胞形态变化的同时显微成像证明了基于电阻抗的细胞镰刀和去蝇过程测量的可靠性和可重复性。
在这项研究中，研究人员还建立了体外测量与患者血液学参数之间的相关性，如镰状血红蛋白(HbS)和胎儿血红蛋白(HbF)水平。这些研究结果显示了潜在的临床相关性，因为它可作为电阻抗的概念验证，作为细胞镰刀事件的无标记生物物理标记，也是探测超出光学显微镜的动态细胞和亚细胞过程的敏感工具。 。所开发的电阻抗传感器可潜在地用于评估镰状细胞病中的血管闭塞风险，疾病严重性和治疗性治疗。
“随着我们推动技术的发展，我们希望通过便携式独立传感器为患者提供镰状细胞病，使他们能够方便地自我监测疾病的血液学参数并评估其血管闭塞的风险，”杜说。
在美国，镰状细胞病不成比例地影响非洲裔美国人以及西班牙裔和中东血统。大约有200万美国人携带这种基因突变，其影响美国约100,000人。由镰状细胞病引起的最常见和严重的问题是贫血，疼痛和器官衰竭，并且中风影响了100名患有这种疾病的儿童中的10名。目前，镰状细胞病患者的预期寿命可达50年，自1973年以来，这一疾病的平均寿命仅为14年，这是一项显着的改善。
“患有镰状细胞病的患者在试图控制病情方面遇到了许多挑战。无法实时监测他们的疾病对患者和临床医生来说尤其成问题，”FAU院长Stella Batalama博士说。工程与计算机科学学院。“杜教授的尖端研究有可能为世界范围内的镰状细胞病患者提供与使用血糖监测仪的糖尿病患者一样监测疾病的便利性和可靠性。”
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