微流控诊断工具:医生很快会过时吗?

早在公元前6世纪,赢得战争的关键策略被孙子了有史以来最古老的军事书籍之一。在他的最重要的教训是:了解你的敌人,要快。当谈到现代医学,事情没有不同:早期诊断将大大增加战胜疾病的几率。

微流控系统为许多生物应用程序已经证明了自己的价值和承诺提供尽可能多的如果不是更多领域的诊断。他们能成为伴侣帮助医生提高诊断的工具,甚至取代他们更快和更容易现场即时诊断?

当前的瓶颈诊断

提高筛查已被证明导致死亡率明显降低与许多疾病有关,如乳腺癌和子宫颈癌¹。事实上,以前无法治愈的疾病现在可以被削弱,即使不能完全消除;例如,92%的病人其侵入性宫颈癌检测在早期生存5年之内,比例为17%,如果一旦检测到癌症已经转移到一个遥远的组织²。现在存在这样的拯救生命的治疗,更需要集中精力对诊断工具的开发和实现,这仍滞后于治疗迅速发展。

只有46%的女性在早期宫颈癌诊断²。事实上,诊断可以为医生是一项艰巨的任务,传统上仅仅通过昂贵的检测工具,通常基于特异性的,和潜在的有害,成像技术。

此外,这些工具需要访问完善医疗设施,经常超载。这可能导致过度的等待时间,可以使病人错过了时间在此期间仍然是可治疗的疾病。因此,迫切需要有一个转向廉价、快速、准确、高通量诊断工具。

幸运的是,微流控技术应该很快达到这些高的标准。

微孔检测micro-culprits

微流控工具可以设想为小型实验室。它们包含的频道维度从几十到几百个微米,促进流体的小卷的处理³,如血。这类降尺度是巨大的收益。福利包括:

•缩短反应时间

•微小的试剂和样品

•更高的灵敏度

•减少人工干预,因此更少的错误

•一个巨大的吞吐量

•一个无与伦比的低成本大规模制备

毕竟,微观疾病呼吁微观工具。

这种优势注定要民主化诊断通过促进金融和物理访问为范围广泛的疾病检测⁴。例如,下巴等。在卢旺达已经成功地测试了微芯片识别艾滋病和梅毒与令人印象深刻的准确性,只需要刺破你的手指和一个领导解释结果放在一个手机吗⁵。这样的工具一定会提供急需的帮助与艾滋病毒诊断:例如,联合国艾滋病规划署的报告,只有38%的人在尼日利亚感染艾滋病毒在2017年意识到感染⁶。

根据保罗狙击兵在华盛顿大学的教授:

“最大的优势是人口没有(方便、及时或负担得起)访问大型集中式医院的诊断功能或其他商业实验室。这将包括人们在家里在发达国家,人们在资源匮乏的地区在发展中国家,人们在各种保健设置(如疗养院),目前无法负担得起的房子昂贵的高端仪器。”

狙击兵教授还指出,手机作为一种趋势,强化微流体的诊断工具⁷:

“临床实践的新技术趋势是使用手机作为家里的信息来源诊断、健康或监视,或者监控正在进行的治疗。获取化学信息需要产品,可以收集信息在生物标志物在家里。微流控设备可以满足这种需求。有许多挑战使这些设备便宜,易于使用,但家用早孕检测试纸(以及相关的横向流测试疟疾和艾滋病),证明这些设备可以由未经训练的用户和使用。可能改变医学是真实的和即将到来的。”

同样,基于纸张的微芯片,只需用喷墨打印机制作和紫外灯承诺进一步促进其大规模使用在偏远地区的发展中国家⁸。这样简单可以使这些测试要做在家里,从而可能绕过了耻辱,没有许多人从艾滋病毒检测。

另一方面,微流控技术也激发了新的诊断协议没有以前在宏观分析。教授上榜泰克Lim在新加坡国立大学和其他组织的发展开创了微流控芯片分离循环肿瘤细胞(ctc)从血液^9、10。这些罕见的和脆弱的细胞负责二次传播癌症全身和检测使用正常的桌上型过程几乎是不可能的。隔离是关键的一步,不仅为检测和监测癌症恶化,而且对炼油治疗,林教授解释说:

“目前,癌症诊断涉及到肿瘤活检高度侵袭性的,痛苦的,和不能经常做,主要是后一次化疗和前一次。液体活检,指从血液隔离ctc是微创,痛苦少,可以更频繁地进行自血可以很容易地获得通过静脉穿刺。这意味着我们可以在不同的时间点样癌细胞,这可能导致实时监控病人的病情和治疗病人接受的有效性。还有情况做一个肿瘤活检可以危险的肿瘤位于和ctc从液体活检是唯一可行的选择。”

事实上,病人的隔离和表征的病变细胞为诊断工具的未来铺平了道路。

更个性化的会得到多少钱?

微流体模型正在开发不仅仅是诊断:希望他们将填补一个重要空白在临床前模型更有效的药物发现过程¹¹。进步在这个方向也为诊断领域拥有更大的潜力。例如,Benam等。¹²再造的关键元素的慢性阻塞性肺病(COPD) lung-on-a-chip模型。

慢性阻塞性肺病的原因有细菌或病毒;在他们的模型中,他们利用病毒诱导慢性阻塞性肺病副产品,识别巨噬细胞集落刺激因子作为小说的潜在生物标志物。他们发现第一个潜在生物标志物具体的病毒慢性阻塞性肺病,这可能有助于指导治疗,防止不必要的抗生素使用。现在,研究人员正在学习使用诱导多能干细胞提取病人,这样的微流体模型绑定来更近一步成为个性化的化身¹³。

瀑样也蕴含着巨大的希望为创建更加个性化的微流体的诊断工具。这部小说概念说明了最近的一项研究,肠道瀑样来自患者的活检引入微流控芯片,介绍了流动和循环变形¹⁴。重要的是,他们显示出细胞的转录组内部芯片匹配更好的发现在活的有机体内相比瀑样以外的芯片;这清楚地表明,微流体平台增加了重要的价值向生理模型的相关性。不仅可以使用这样的工具来检测病理生物标志物和疾病的早期迹象,而且跟踪疾病的发展和调整治疗病人的独特需求。

我们还没有做到这一点。存在很多挑战;教授Lim说,“实现这样的微流体诊断需要仔细的集成到现有的工作流在诊所。这往往很困难,需要重大改变基础设施或过程,它会导致电阻从当前从业者”。

尽管如此,微流控工具已经被成功地用于某些疾病的诊断,狙击兵教授指出:

“最大的影响在全球范围内的‘传统’微流体日期可能是使用的造父变星GeneXpert cartridge-and-instrument系统,它允许高度敏感的多路复用PCR在原始样本进行一个简单的实验室环境。通过比尔和梅林达•盖茨基金会的资助,这台仪器广泛应用于发展中国家艾滋病毒和结核病诊断和监控,以及各种其他传染性病原体。”

微流体将在多大程度上结束了吗?

疑病症患者会很高兴知道,有一天,与发病诊断微流控工具,他们自己的浴室可以变成私人医院。当我们要走的路还很长,是有前途的,微流控工具已经诊断领域的影响。这是一个令人鼓舞的发展更加,微流体还没有类似的影响病人在其他领域如药物发现。这可能是因为微流控申请药物发现依赖工作流需要长期的细胞培养和勘探协议。相比之下,微流体即时工具故意设计保持简单,这样他们可以用于远程低资源设置。然而,这背后明显价值简单隐藏几十年的错综复杂和突破性的研究。

医师不需要担心,因为他们的工作需要很多的责任,今天的微流控工具不能完全承担。例如,没有什么可以取代他们的直觉,一个高质量的孙子认为必不可少的打败敌人。毕竟,这本书叫做艺术,而不是科学,战争。

引用:

1。Hoerger, t·J。等。估计的影响国家乳腺癌和宫颈癌早期检测项目在乳腺癌死亡率。点。j .上一页。地中海。40,397 - 404 (2011)。

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3所示。怀特赛兹教授,通用微流体的起源和未来。自然442年,368 - 373 (2006)。

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