Integrerte mikrofluidiske systemer for diagnose av periprostetiske leddinfeksjoner

Diagnostisering av periprostetisk leddinfeksjon (PJI) er fortsatt en stor klinisk utfordring. Diagnosen PJI er basert på en sammensetning av klinisk vurdering, serologisk test fra perifert blod, synovialvæskecytologi og biomarkører, radiografi, mikrobiologi, histopatologisk evaluering av periprostetisk vev og intraoperative funn. Viktigheten av PJI-diagnose gir de påfølgende behandlingsalternativene, som fjerning av protese, debridering og proteseretensjon og tidspunktet for reimplantasjon.

Foreløpig har The Second International Consensus Meeting (ICM) kunngjort sine kriterier for diagnostisering av PJI. Den preoperative diagnosen inkluderer serologiske tester (C-reaktivt protein, D-dimer og erytrocyttsedimenteringshastighet) og biomarkører for synovialvæske (hvite blodlegemer og differensial, leukocyttesterase og ⍺-defensin). Den intraoperative diagnosen inkluderer en enkelt positiv kultur, positiv histologi og positiv intraoperativ purulens. Noen av markørene som brukes i 2018 ICM-kriteriene, som ⍺-defensin, leukocyttesterase og synovialvæske C-reaktivt protein, er imidlertid ikke tilgjengelige på alle sykehus og kan ikke umiddelbart være tilgjengelige for klinikere i beslutningstaking.

De mikrofluidiske teknologiene har hatt en bemerkelsesverdig innvirkning på utviklingen av diagnostiske verktøy ved å tilby en rask og kostnadseffektiv plattform for anvendelse av immunoassay-teknikker. Det mikrofluidiske systemet integrerer de komplekse prosesstrinnene til laboratorieprotokollene til en enkelt brikke gjennom logisk integrasjon og optimalisering av prosesser. Chang Gung Memorial Hospital og National Tsing Hua University har utført foreløpige undersøkelser for å bekrefte gjennomførbarheten av deres mikrofluidiske systemer.

Derfor vil prosjektet utvikle en "mikrofluidisk biomarkørdeteksjonsbrikke" for å oppdage konsentrasjonene tre viktige biomarkører for PJI, inkludert ⍺-defensin, leukocyttesterase og C-reaktivt protein i leddvæsker. Dette blir et treårig prosjekt. I det første året vil 50 pasienter som skal etter planen gjennomgå unilateral revisjon total ledd artroplastikk (RTJA) samles opp med leddvæsken og testes på en laboratorieplattform. I løpet av det andre året, basert på laboratorieresultater, vil 50 pasienter som gjennomgår RTJAs bli rekruttert til å utvikle et mikrofluidbrikkesystem, og deres on-chip ytelse vil bli finjustert og optimalisert. I det 3. året vil 50 pasienter som gjennomgår RTJA bli samlet inn, og verifiseringen av det mikrofluidiske systemet vil bli realisert. Dette systemet vil bli validert i PJI-kohorter i den første fasen av debridement og implantatfjerning, i mellomperioden, og den andre fasen av reimplantasjon. Det forventes at biomarkørdeteksjonsbrikke vil forbedre medisinsk nød og bringe viktig informasjon til kliniske beslutninger.