Integrerade mikrofluidiska system för diagnos av periprostetisk ledinfektion

Att diagnostisera periprostetisk ledinfektion (PJI) är fortfarande en stor klinisk utmaning. Diagnosen av PJI baseras på en sammansättning av klinisk bedömning, serologiskt test från perifert blod, synovialvätskecytologi och biomarkörer, radiografi, mikrobiologi, histopatologisk utvärdering av periprostetisk vävnad och intraoperativa fynd. Vikten av PJI-diagnos ger de efterföljande behandlingsalternativen, som borttagning av protes, debridering och protesretention och tidpunkten för återimplantation.

För närvarande har The Second International Consensus Meeting (ICM) tillkännagett sina kriterier för diagnos av PJI. Den preoperativa diagnosen inkluderar serologiska tester (C-reaktivt protein, D-dimer och erytrocytsedimentationshastighet) och biomarkörer för synovialvätska (vita blodkroppar och differential, leukocytesteras och ⍺-defensin). Den intraoperativa diagnosen inkluderar en enda positiv odling, positiv histologi och positiv intraoperativ purulens. Vissa av markörerna som används i 2018 års ICM-kriterier, såsom ⍺-defensin, leukocytesteras och synovialvätska C-reaktivt protein, är dock inte tillgängliga på alla sjukhus och kan inte vara omedelbart tillgängliga för läkare vid beslutsfattande.

De mikrofluidiska teknologierna har haft en betydande inverkan på utvecklingen av diagnostiska verktyg genom att tillhandahålla en snabb och kostnadseffektiv plattform för tillämpning av immunanalystekniker. Det mikrofluidiska systemet integrerar de komplexa bearbetningsstegen i laboratorieprotokollen till ett enda chip genom logisk integration och optimering av processer. Chang Gung Memorial Hospital och National Tsing Hua University har genomfört preliminära undersökningar för att bekräfta genomförbarheten av deras mikrofluidsystem.

Därför kommer projektet att utveckla ett "mikrofluidiskt biomarkördetektionschip" för att detektera koncentrationerna av tre viktiga biomarkörer för PJI, inklusive ⍺-defensin, leukocytesteras och C-reaktivt protein i ledvätskor. Detta kommer att vara ett treårigt projekt. Under det första året kommer 50 patienter som är planerade att genomgå ensidig revision av total ledprotes (RTJA) att samlas in med ledvätskan och testas på en laboratorieplattform. Under det andra året, baserat på laboratorieresultat, kommer 50 patienter som genomgår RTJA att rekryteras för att utveckla ett mikrofluidiskt chipsystem, och deras on-chip-prestanda kommer att finjusteras och optimeras. Under det tredje året kommer 50 patienter som genomgår RTJA att samlas in, och verifieringen av det mikrofluidiska systemet kommer att genomföras. Detta system kommer att valideras i PJI-kohorter i det första steget av debridering och implantatborttagning, under mellanperioden, och det andra steget av återimplantation. Det förväntas att detektionschipet för biomarkörer kommer att förbättra medicinsk nöd och ge viktig information till kliniskt beslutsfattande.