El novedoso dispositivo mide la rigidez y la pegajosidad de los glóbulos rojos

Los investigadores han creado un dispositivo versátil que mide dos propiedades importantes de los glóbulos rojos que son relevantes para la anemia drepanocítica y otras enfermedades: deformación y adhesión.
Al evaluar el grado de rigidez y pegajosidad de los glóbulos rojos del paciente, el dispositivo microfluídico podría ofrecer una forma de controlar la progresión de la enfermedad de células falciformes.
Crédito de la imagen: Grace Gongaware, Cleveland Institute of Art

El equipo, de Case Western Reserve University (CWRU) en Cleveland, OH, describe el dispositivo innovador, una plataforma de microfluidos con un algoritmo computacional que hace las matemáticas, en un documento publicado en la revista. Tecnología.

La anemia drepanocítica es un grupo de trastornos hereditarios de glóbulos rojos. Las personas con la enfermedad tienen hemoglobina anormal, la proteína que transporta el oxígeno, en sus glóbulos rojos. La hemoglobina anormal se llama hemoglobina falciforme.

Los glóbulos rojos que contienen hemoglobina normal son flexibles y tienen la forma de una rosquilla con un área plana y delgada en el medio en lugar de un orificio. Esto les permite apretar las curvas redondas en los vasos sanguíneos y a través de los más pequeños para suministrar oxígeno vital a los tejidos y órganos.

Sin embargo, la hemoglobina falciforme tiende a formar barras rígidas dentro del glóbulo rojo, transformándola en la forma de media luna o hoz que le da nombre a la enfermedad.

Los glóbulos rojos que contienen hemoglobina falciforme son menos flexibles que los glóbulos rojos normales y también tienden a ser más pegajosos. Estas dos características aumentan el riesgo de que causen un bloqueo en un vaso sanguíneo e impidan el suministro de oxígeno a los tejidos y órganos cercanos.

Cuando ocurre un bloqueo de este tipo, causa un ataque repentino y severo de dolor, llamado crisis de dolor, que es típico de la enfermedad de células falciformes. Las crisis de dolor ocurren sin previo aviso y a menudo requieren hospitalización para un tratamiento efectivo.

En casos extremos, el bloqueo de los vasos sanguíneos en la enfermedad de células falciformes puede provocar daño generalizado de órganos y muerte prematura.

Actualmente, la única manera de curar la enfermedad de células falciformes es con un trasplante de células madre. Pero desafortunadamente, la mayoría de los pacientes son demasiado viejos para un trasplante o no tienen un pariente con una compatibilidad genética suficiente para recibir células madre trasplantables.

Existen tratamientos efectivos que pueden reducir los síntomas y prolongar la vida. El diagnóstico precoz y la monitorización regular para prevenir complicaciones también ayudan.

Posible monitor de progresión de la enfermedad

Al evaluar el grado de rigidez y rigidez, o la "deformabilidad y adhesión dinámica" de los glóbulos rojos, el nuevo dispositivo microfluídico ofrece un gran potencial como una forma de controlar la progresión de la enfermedad de células falciformes, señalan los investigadores.

Dicen que el dispositivo también podría ayudar con la investigación y el desarrollo de nuevos tratamientos para la enfermedad de células falciformes.

Existen otras maneras de medir la rigidez y la pegajosidad en los glóbulos rojos, como la microscopía de fuerza atómica y las pinzas ópticas, pero no se prestan a trabajar con sangre completa en un entorno clínico, afirman los investigadores.

Señalan que su dispositivo puede evaluar la rigidez de un único glóbulo rojo, y también, al imitar las propiedades de los vasos sanguíneos, evaluar la pegajosidad de los glóbulos rojos de la sangre completa de los pacientes con anemia falciforme.

El investigador principal Umut Gurkan, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de CWRU, dice:

"El sistema microfluídico desarrollado aquí tiene el potencial de ser utilizado de manera de alto rendimiento con un algoritmo de procesamiento de imágenes automatizado integrado para medir la deformabilidad y adhesión de glóbulos rojos [eritrocitos] en la sangre de los pacientes".

Los autores explican que los glóbulos rojos sanos experimentan deformación reversible cuando circulan por el cuerpo en los vasos sanguíneos. Responden a "tensiones de corte fluido" extremadamente rápido: pueden doblarse y recuperar su forma en el espacio de 100 milisegundos.

'Interacción entre deformabilidad dinámica y mayor adherencia'

Para evaluar la deformabilidad dinámica de los glóbulos rojos, los investigadores utilizaron lo que llaman un índice de deformabilidad dinámica (DDI), que definen como "el cambio dependiente del tiempo de la relación de aspecto de la célula". Básicamente, el DDI de una celda es una medida de la rapidez con la que regresa a su forma normal después de experimentar una tensión de corte de flujo.

En su artículo, el equipo describe una gama de pruebas donde midieron el DDI de glóbulos rojos deformables y no deformables.

Los investigadores también compararon la adhesión de glóbulos rojos deformables y no deformables a partir de muestras de sangre tomadas de pacientes con células falciformes. Probaron la pegajosidad de las células bajo diferentes tensiones de corte de flujo, tanto dentro como fuera de los rangos experimentados en los vasos sanguíneos normales.

Descubrieron que en tensiones de cizalladura "muy superiores al rango fisiológico", los glóbulos rojos de la hoz no deformables eran mucho más pegajosos que los glóbulos rojos falciformes deformables, lo que sugiere una interacción entre la deformabilidad dinámica y la mayor adhesión de los glóbulos rojos cuando los vasos sanguíneos se produce un bloqueo.

El equipo sugiere que el dispositivo también puede ser útil para estudiar la deformación de las células que podría ser relevante en otras enfermedades, como la diabetes, la malaria y el trastorno de la médula ósea policitemia vera.

Los investigadores planean estudiar la rigidez y la rigidez de los glóbulos rojos en más pacientes con anemia drepanocítica para que puedan vincular las dos propiedades con otras enfermedades y características del paciente.

A medida que la tecnología para hacerlos se vuelve más barata y más ampliamente disponible, más y más investigadores están utilizando dispositivos microfluídicos de todo tipo para investigar, diagnosticar y tal vez incluso tratar enfermedades.

Por ejemplo, Noticias médicas hoy recientemente aprendí cómo un "chip de FIV" que incorpora microfluidos con técnicas de imágenes permitió a los investigadores filmar un solo espermatozoide fusionándose con un óvulo.

Y en mayo de 2015, otro artículo describió cómo los científicos están utilizando la tecnología microfluídica para desarrollar nuevas vacunas de inmunoterapia. Utilizando tecnología microfluídica, pueden exprimir las células B del sistema inmune para que sus membranas desarrollen agujeros temporales a través de los cuales se pueden insertar antígenos que programan respuestas inmunitarias específicas.

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