Jatkuva steroidien seuranta interstitiaalisessa nesteessä käytettävien ja nanohiukkasten parannettujen biosensorien kanssa lisämunuaisten häiriöiden parantamiseksi

Steroididynamiikan jäljittämiseksi rutiininomaisessa ympäristössä kehon nesteen valinta on kriittinen, koska se sanelee yksilöiden sietävän kokoelman helppouden ja taajuuden. Vaikka kultastandardi perustuu verimääritykseen, useisiin kehon nesteisiin pääsee minimaalisesti invasiivisesti, mukaan lukien virtsa, hiki, hengitys, sylki ja interstitiaalinen neste. Steroidien seurannan lupaavampi on interstitiaalinen neste, koska se heijastaa tarkkaan veren plasman koostumusta jatkuvan massansiirron vuoksi. Itse asiassa tämä on osoitettu juuri viime vuonna käyttämällä ihonalaisesti implantoitua mikrodialyysikatetria, joka keräsi interstitiaalisen nesteen infuusiopumpun kanssa. Vyötärön ympärillä käytetty näytteet kerättiin 24 tunnin ajan 214 vapaaehtoisessa ja analysoitiin offline-tilassa nestekromatografia-massaspektrometria/massaspektrometria (LC-MS/MS). Tällä tavalla kortisoli jäljitettiin tarkasti ja seurasi samanlaista dynaamista kudoksessa (ts. Interstitiaalinen neste) veren plasmaan verrattuna. Tämän perusteella havaittiin sairauksiin liittyviä eroja, esimerkiksi kohonneita kortisolipitoisuuksia potilaalla, joka kärsii Cushingin oireyhtymästä. Aldosteroni- ja kortisolidynamiikan laajennetut tutkimukset interstitiaalisessa nesteessä erilaisissa kliinisissä skenaarioissa hormonin ylimääräisestä ja puutteesta sekä validointia seerumin mittauksia vastaan ​​tarvitaan tämän menetelmän määrittämiseksi diagnostisiin ja hoitotarkoituksiin.

Tällä projektilla on yleiset tavoitteet (1) dynaamisen interstitiaalisen aldosteronin ja kortisolin seurannan asettaminen luotettavana diagnoosityökaluna kortisolin ja aldosteronin ylimääräisen tai puutteen tai (2) kehittää puettavan molekyylin anturin laitteen niiden havaitsemiseksi tarkasti. Työpaketissa 1 (interstitiaalisen kortisoli- ja aldosteronipitoisuuksien karakterisointi): Kortisolin ja aldosteronien mittauksen diagnostinen hyödyllisyys interstitiaalisessa nesteessä arvioidaan vertailevalla kvantifioimalla seerumin konsentraatioon LC-MS/MS: llä. Siksi interstitiaalinen neste ja veri kerätään terveille yksilöille ja potilaille aamulla (kun kortisoli ja aldosteroni saavuttavat korkeimmat tasot) ja dynaamisten testien aikana lisämunuaisen sairauksien tutkimiseksi, kuten ACTH (cosyntropiin) stimulaatiotesti (joka arvioi huippukortisolivasteen huippukortisolivasteen (joka arvioi aldoteronien supistusten stimulaation ja Saline -infuusiotestin). Koska jatkuvaa interstitiaalista nestettä ei ole vielä mahdollista, kaupallisesti saatavissa olevia onttoja mikroneuleiden laitteita käytetään yksittäiseen aukkopoistoon.

Päähypoteesi 1: Kortisoli- ja aldosteronipitoisuudet interstitiaalisessa nesteessä heijastavat riittävän hyvin veren seerumin pitoisuuksia luotettavasti normaalin steroidien erityksen ja kortisolin ja aldosteronihäiriöiden alkamisen osoittamiseksi.

Tässä ensimmäisessä vaiheessa tutkijat suorittavat pariksi vertailun kortisoli- ja aldosteronipitoisuuksista interstitiaalisessa nesteessä seerumin mittauksilla. Tämä tutkimus toimitetaan USP: n vastuullisille eettisille komiteoille. Kaikki osallistujat allekirjoittavat kirjallisen tietoisen suostumuksen. Tutkijat arvioivat 150 yksilöä, mukaan lukien terveet kontrollit ja lisämunuaisen hyper- ja hypofunktiotapotilaat, jotka on tarkoitettu arviointia varten lisämunuaisen yksikön avohoitoklinikalla, endokrinologian osasto, USP. Lisämunuaishäiriöitä sairastavien potilaiden kliininen ja hormonin arviointi noudattaa endokriinisten ja eurooppalaisten endokrinologian yhdistyksen vakioohjeita. Kaikilla terveellisillä kontrolleilla (ilman aiempaa lisämunuaistaudin diagnoosia) on tapaaminen täyttämään sairaushistorian kyselylomake ja verikokeiden keräämiseksi.

Yksilöt (miehet ja naiset), jotka ovat yli 18 -vuotiaita, ovat oikeutettuja sisällyttämiseen. Laajan lisämunuaisen sairauksien spektrin kattavat potilaat rekrytoidaan: kortisolin ja aldosteronin puute (primaarinen lisämunuaisen vajaatoiminta), kortisolin ylimääräinen (Cushing -oireyhtymä) ja aldosteroni -ylimääräinen (primaarinen aldosteronismi). Jokaisen osallistujan yksi aikapiste arvioidaan yön yli tapahtuvan paaston jälkeen ja ilman aamulääkkeitä. Tämä lähtötilanteen arviointi mahdollistaa materiaalin, jolla on normaali, matala (lisämunuaisen vajaatoiminta) ja korkea (vastaavasti Cushingin oireyhtymä ja primaarinen aldosteronismi) lisämunuaisen steroidipitoisuus. Lisäksi ACTH (laskimonsisäinen 250 ug kosyntropiini) -stimulaatiotesti suoritetaan terveissä kontrolleissa ja potilailla, jotka tutkivat lisämunuaisen vajaatoimintaa ja primaarista aldosteronismia interstitiaalisen aldosteronin ja kortisolitasojen korreloimiseksi seerumin kortisolin ja aldosteronin huipun jälkeen ACTH -stimulin 1H: n jälkeen. Suolaliuoksen infuusiotesti (laskimonsisäinen 2 litran 0,9% suolaliuos 4H: n yli) suoritetaan potilailla, jotka tutkittavat primaarista aldosteronismia. Nämä dynaamiset testit suoritetaan poliklinikan dynaamisessa testiaalissa, joka lasketaan endokrinologin, sairaanhoitajan ja teknikkojen ryhmän kanssa, joka on koulutettu endokriiniseen dynaamiseen arviointiin. Poissulkemiskriteerit ovat seuraavat: estrogeenia sisältävien oraalisten ehkäisylääkkeiden käyttö viimeisen 6 viikon aikana; raskaus tai imetys; Oraalisten, hengitettyjen, parenteraalisten tai ajankohtaisten glukokortikoidien käyttö viimeisen 30 päivän aikana. Perusnäytteen keräys ja dynaamiset testit suoritetaan paastossa klo 8–10.

Työpaketissa 2 (määritä ontot mikroneulat jatkuvaa interstitiaalista nesteen uuttamista varten) tutkijat osoittavat polymeeripohjaisten mikroneulojen suoran tulostamisen optimoiduilla mekaanisilla ja nesteiden dynaamisilla ominaisuuksilla mikrofluidisiin siruihin jatkuvaa interstitiaalista nestepoistoa varten: Kehitetään jatkuvan interstitiaalisen nesteen poistojen poistoa varten. Se koostuu onttoista mikroneuloista, jotka ovat suoraan 3D-tulostettu mikrofluidisiruille. Neulat perustuvat biologisesti yhteensopivaan polymeeriin ihon ärsytyksen minimoimiseksi pitkittyneen levityksen aikana, kun taas mikrofluidiset sirut valmistetaan skaalautuvalla mikromakkeella. Neulan tunkeutumissyvyys ja stabiilisuus testataan ihmisen ihon analogeilla, kun taas nesteen dynaamiset ominaisuudet ja uuttonopeudet arvioidaan keinotekoisella interstitiaalisella nesteellä.

Tärkein hypoteesi 2: Interstitiaalista nestettä voidaan käyttää ei-invasiivisesti ja jatkuvasti pitkillä ajanjaksoilla onttoilla mikroneuloilla, jotka perustuvat bioyhteensopiviin materiaaleihin.

Työpaketissa 3 (perustaa ja hyödyntää steroidi-biosensoria, joka perustuu kortisolin ja aldosteronin reaaliaikaiseen ja jatkuvaan kvantifiointiin liittyvään aptamerfunktionalisoituihin nanohiukkasten biosensoriin interstitiaalisessa nesteessä.) Tutkijat tutkivat Aptamer-funktionalisoidut nanohiukkaset, jotka on koristeltu plasmoniklustereilla, jotka on koristeltu plasmoniklustereilla, jotka ovat standoivia stimulaatioita, jotka ovat valonstimulaatioidensa kanssa. Jatkuvan biomarkkereiden seurannan tunnistaminen: Reseptori perustuu aptameereihin, jotka on immobilisoitu nanohiukkasiin analyyttien sitoutumisen ja pitoisuuksien kvantifioimiseksi sähkökemiallisesti. Nanohiukkaset asutuvat myös plasmonisilla klustereilla (esim. Au tai AG), jotka toimivat lämpöläheinä, kun se aktivoidaan valolla analyytin vapautumisen käynnistämiseksi. Klusterikuormitetut nanohiukkaset suunnitellaan hallitussa koostumuksessa ja koossa liekki-aerosolitekniikan avulla ja talletetaan suoraan mikrofluidialustoille huokoisina kalvoina.

Main hypothesis 3: Aptamers will enable a selective binding of cortisol and aldosterone. By immobilizing these aptamers on nanoparticles, binding events are recognized during electrochemical sensing. Anturin talteenotto voidaan hyödyntää hyödyntämällä termoplasmonisia vaikutuksia valolle altistuessaan analyytin vapautumisen laukaisemiseksi paikallisella lämmityksellä. The porous film morphology of the sensing film enables rapid mass transfer of the analyte.

USP: n WP1: n mukaisten suorituskykyvaatimusten perusteella kehitetään ETH Zürichissä biosensoria kortisolin ja aldosteronin jatkuvan kvantifioinnin suorittamiseksi pitkittäisprofiilien tarjoamiseksi.

Työpaketissa 4 (käytettävän aldosteronin ja kortisolianturin kliininen validointi lisämunuaisten sairauksissa) WP2: n ja WP3: n alla kehitetty biosensori arvioidaan lisämunuaisen sairauden diagnostiikkatyökaluna. Kaikki osallistujat allekirjoittavat kirjallisen tietoisen suostumuksen USP: n eettisten komiteoiden tutkimuksen jälkeen. Kaikkia osallistujia arvioidaan lisämunuaisen yksikön avohoitoklinikalla, endokrinologian osasto, USP. Dynaamiset testit (ACTH -stimulaatio ja suolaliuosinfuusiokokeet) suoritetaan poliklinikan dynaamisessa testihuoneessa, joka lasketaan endokrinologin, sairaanhoitajan ja teknikkojen ryhmän kanssa, joka on koulutettu endokriiniseen dynaamiseen arviointiin. Lisämunuaishäiriöitä sairastavien potilaiden kliininen ja hormonin arviointi noudattaa endokriinisten ja eurooppalaisten endokrinologian yhdistyksen vakioohjeita. Kaikilla terveellisillä kontrolleilla (ilman aiempaa lisämunuaistaudin diagnoosia) on tapaaminen täyttämään sairaushistorian kyselylomake ja verikokeiden keräämiseksi. Osallistujia pyydetään ylläpitämään säännöllinen nukkumaanmeno, pidättäytymään alkoholista ja välttämään voimakasta fyysistä aktiivisuutta ennen biosensorin käyttöä ja sen aikana. Lisäksi osallistujia pyydetään suorittamaan aktiviteettipäiväkirja, mukaan lukien ruokatyypin ja ajoituksen, unen ajoituksen ja mahdolliset odottamattomat tapahtumat biosensorin ajan. 96 Prototyyppiä siirretään ETH: sta USP: hen ja testataan 48 tunnin aikana seuraavissa alaryhmissä määritellyissä olosuhteissa:

Kontrollit: 32 tervettä vapaaehtoista testataan ACTH: n (laskimonsisäisen 250 ug kosyntropiinin) stimulaatiotestin aikana jatkuvan kortisolin ja aldosteronimittauksen toisen päivän aamuna.

Kortisolihäiriöt: 32 potilasta, joilla on lisämunuaisen vajaatoiminta tai Cushing -oireyhtymä, testataan ACTH -stimulaatiotestin aikana jatkuvan steroidimittauksen toisena päivänä.

Ensisijainen aldosteronismi: 32 primaarista aldosteronismin tutkittavaa potilasta tarkkaillaan jatkuvasti. Suolaliuoksen infuusiotesti (laskimonsisäinen 2 litran 0,9% suolaliuos 4H: n yli) suoritetaan aldosteronin ja kortisolin jatkuvien mittausten toisena päivänä.

Biosensorin validoinnin lisävaiheessa verinäytteet kerätään aamulla (8–10 AM) ja dynaamisten testien (ACTH-stimulaation ja suolaliuosinfuusiokokeiden) aikana kortisolin ja aldosteronin mittaamiseksi LC-MS/MS: llä. Analysoidaan korrelaatio seerumin kortisolin ja aldosteronipitoisuuksien ja biosensorilla saatujen interstitiaalisten mittausten välillä. Biosensorin käytön aikana käyrän (AUC) alla oleva kokonaispinta -ala, kortisolin ja aldosteronin interstitiaalisten mittausten aamu- ja yöpöytä lasketaan jokaiselle potilaalle. Näitä toimenpiteitä verrataan lisämunuaisten sairauksien ja terveiden kontrollien välillä interstitiaalisen kortisolin ja aldosteronidynamiikan diagnostisten sovellusten määrittämiseksi.

Näihin neljään haasteeseen lähestyy USP: n (kliininen) ja ETH: n (tekniikka) monitieteinen ryhmä neljän työpaketin (WP) kautta, jotka keskittyvät interstitiaaliseen nesteen karakterisointiin (WP1), mikroneulanäytteisiin (WP2), biosensointiin (WP3) ja kliiniseen validointiin (WP4) tuloksena olevasta pukeutuvasta prototyyppistä.