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2018
02-02

为脓毒症治疗开发的血液清洁生物素装置


Wyss研究所的脾样血液洁净设备利用涂在磁性纳米粒子和磁力的基因改造的血液蛋白从血液中拉出各种病原体。

受脾脏启发的新型透析治疗装置快速过滤细菌,真菌和毒素

当病人发生败血症,病人血液中的细菌或真菌繁殖时,会危及生命,对抗生素的帮助通常太快。哈佛大学Wyss生物工程研究所的一个研究小组开发出了一种由人体脾脏启发的新装置,可以彻底改变医生治疗败血症的方式。 Wyss研究所高级科学家Mike Super博士说:“即使是目前最好的治疗方法,脓毒症患者也至少有30%的时间在重症监护室死亡。 “我们需要一种新的方法。”脓毒症每年至少在全球造成至少八百万人死亡,这是造成医院死亡的主要原因。

该装置被称为“biospleen”,超过了团队的预期,能够清洁在实验室中测试的人体血液,并增加感染血液的动物的存活率,如 Nature Medicine 所报道。在几小时内,它可以过滤血液中的活的和死的病原体,以及从病原体释放的危险的毒素。

该图显示了基因工程蛋白包被的磁珠与病原体结合的有效性。在这里,磁珠(128nm)与两种病原体(左侧的大肠杆菌和右侧的金黄色葡萄球菌)结合

当患者的免疫系统对血流感染反应过度时引发脓毒症,引发连锁反应引起炎症,凝血,器官损伤和死亡。它可能来自各种感染,包括阑尾炎,尿路感染,皮肤或肺部感染,以及受污染的静脉线,手术部位和导管。

识别引起败血症的特定病原体可能需要数天,而且在大多数患者中,病原体从未被识别。如果医生无法确定是哪种细菌或真菌引起感染,他们会凭经验广泛应用抗生素治疗脓毒症患者 - 但这些往往会在很多情况下失败,并且可能具有破坏性的副作用。随着耐药细菌的流行增加而新抗生素的开发滞后,败血症治疗挑战继续变得更加复杂。超级,谁是由Wyss研究所创始董事Don Ingber医学博士,博士,还包括Wyss研究所技术开发研究员Joo Kang领导的团队的一部分,说:“这是一个完美的风暴奠定了舞台,博士,以及来自波士顿儿童医院,哈佛医学院和麻省总医院的同事。

Kang是哈佛大学工程与应用科学学院(SEAS)副研究员,波士顿儿童医院血管生物学项目研究员,他与团队一起建立了一个在体外工作的流体装置一台透析机器,并且去除所有品种的活的和死的微生物 - 以及毒素。他们将人体脾脏微结构模拟,人体脾脏是一种通过一系列交织在一起的血液通道从血液中去除病原体和死亡细胞的器官。

biospleen是一种微流体装置,由两个相邻的中空通道组成,通过一系列狭缝互相连接:一个通道包含流动的血液,另一个通道包含一个盐溶液,用于收集和清除穿过的病原体狭缝。该装置成功的关键是微小的纳米级磁珠,被包裹有被称为甘露糖结合凝集素(MBL)的天然免疫系统蛋白质的基因工程化版本。

MBL在其天生状态下,具有分支状的“头”和棒状的“尾巴”。在体内,头部结合到各种细菌,真菌,病毒,原生动物 毒素,尾巴提示免疫系统摧毁他们。然而,有时候其他的免疫系统蛋白会与MBL尾巴结合,激活凝血和器官损伤 - 所以超级使用遗传工程工具来切断尾巴,并将其移植到类似的抗体蛋白上,而不会导致这些问题。

然后,研究人员将杂交蛋白质附着到128纳米直径的人造头发的宽度约百分之五十五的磁珠上,以制造新的珠子,可以将其添加到受感染患者的血液中,以便与病原体和毒素结合首先确定感染因子的类型。然后,败血症装置具有磁体,该磁体通过通道拉动病原体涂布的磁珠以清洁流过装置的血液,然后将血液返回到患者体内。

该团队首先在实验室使用人血检测了他们的血液清洁系统,这些血液中加入了病原体。他们能够以前所未有的速度过滤血液,并且磁铁有效地将涂有病原体的珠子从血液中抽出来。事实上,当血液以每小时约一至一升的速率流经单一装置时,超过90%的关键败血症病原体被结合和去除,许多装置可以连接在一起以获得人血所需的水平以类似透析的速度进行清洁。

接下来,他们使用感染了大肠杆菌,金黄色葡萄球菌的大鼠和毒素 - 测试了人类脓毒症患者经历的许多血流感染。与人体血液测试非常相似,经过5个小时的过滤后,大约90%的细菌和毒素从大鼠的血液中被除去。

“我们不必杀死病原体。我们只是抓住他们,删除他们,“超级说。更重要的是,90%的被处理的动物比14%的对照组幸存下来,而且肯定的是,由于团队修改的MBL,免疫系统没有过度反应。

“脓毒症是一种主要的医疗威胁,由于抗生素耐药性而增加。我们对生物素的兴奋,因为它可能提供一种方法来快速治疗患者,而不用等待几天来确定感染源,而且它对抗生素耐药性生物体的效果也是一样的,“Ingber说,他也是犹大福克曼哈佛医学院血管生物学教授,波士顿儿童医院血管生物学项目教授,以及海洋生物工程学教授。 “我们希望将这一趋势推向人体测试,以尽快推进大型动物研究。”

来源: Wyss研究所