«Существует острая потребность в биомаркерах для конкретных пациентов, которые можно использовать для оценки эффективности лечения серповидно-клеточной анемии», — сказал Субра Суреш, президент Университета Карнеги-Меллона и соавтор исследования. «Это исследование показывает, как методы, обычно используемые в инженерии и физике, могут помочь нам лучше понять, как красные кровяные тельца людей с серповидно-клеточной анемией реагируют на лечение, что может привести к улучшению диагностики и лечения».Выводы инженеров, физиков и клиницистов из Карнеги-Меллона, Питтсбургского университета, Массачусетского технологического института, Атлантического университета Флориды, Корейского университета, Корейского передового института науки и технологий и Гарвардского университета будут опубликованы на этой неделе в Интернете. раннее издание Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).Люди с серповидно-клеточной анемией имеют аномальную форму гемоглобина, белка, содержащегося в красных кровяных тельцах, которые переносят кислород по всему телу.
Нормальные эритроциты — это гибкие диски, которые легко сгибаются и растягиваются, чтобы проходить через узкие кровеносные сосуды тела. При серповидно-клеточной анемии аномальный гемоглобин формирует волокна, которые заставляют клетки крови принимать уплощенную серповидную форму и становиться жесткими, когда они теряют кислород. Это изменение формы и жесткости заставляет красные кровяные тельца застревать в кровеносных сосудах и предотвращает транспортировку кислорода к окружающим тканям. Это может вызвать анемию и сильную боль, а также повлиять на здоровье тканей и органов тела.
В настоящее время гидроксимочевина является единственным лекарством от серповидно-клеточной анемии, одобренным Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов. Препарат уменьшает серповидность эритроцитов и используется для снятия боли и уменьшения потребности в переливании крови у некоторых пациентов, но не у всех пациентов. Исследователи разделились во мнениях по поводу того, какие механизмы вызывают действие препарата.
Некоторые считают, что он работает за счет реактивации гемоглобина плода, который лучше переносит кислород, чем аномальный гемоглобин, вызывающий серповидность. Другие считают, что он работает за счет увеличения объема красных кровяных телец, снижения концентрации серповидного гемоглобина.В текущем исследовании международная группа исследователей оценила биофизические свойства — форму, площадь поверхности и объем — а также биомеханические свойства — гибкость и липкость — эритроцитов в нормальных условиях насыщения кислородом, используя электромагнитные волны для измерения небольших различий в физических показателях. характеристики. Метод, известный как интерферометрическая микроскопия с общим ходом, позволил исследователям получить трехмерное изображение клеток.
Используя образцы крови пациентов с серповидно-клеточной анемией, исследователи разделили эритроциты на четыре группы в зависимости от их плотности. Нормальные, дискообразные эритроциты были наименее плотными, в то время как серповидные клетки были наиболее плотными. Затем они взяли образцы у людей, получающих лечение гидроксимочевиной, и у тех, кто не лечился. Красные кровяные тельца пациентов, получавших лечение, показали улучшение всех биофизических и биомеханических свойств, протестированных на всех уровнях плотности.
Кроме того, улучшение физических свойств эритроцитов у людей, получавших гидроксимочевину, больше коррелировало с увеличением объема эритроцитов, чем с уровнями гемоглобина плода.«Наши результаты проливают свет на механизм действия гидроксимочевины, который давно обсуждается в научном сообществе», — сказал Мин Дао, главный научный сотрудник отдела материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института и соавтор исследования. «Приятно видеть, что, используя новейшие инструменты оптической визуализации, мы теперь можем подтвердить, какой из них является доминирующим.
Понимание ключевого механизма действия позволит нам изучить новые и улучшенные терапевтические подходы к серповидно-клеточной анемии».Исследователи надеются, что эти биофизические маркеры можно комбинировать с маркерами биохимического и молекулярного уровня, чтобы оценить такие вещи, как тяжесть серповидно-клеточной анемии, определить, будет ли пациент реагировать на лечение гидроксимочевиной, и контролировать эффективность этого лечения.