早期检测血液创伤的新成像技术

医疗器械，如人造器官，由于高水平的“剪切应力”，经常会对血液中的红细胞造成损害。血液损伤的常规评估方法:红细胞损伤检查。但是否有可能更早地发现这种损害并逆转它?一个全球科学家团队最近开发了一种新的图像分析方法，可以在红细胞完全被破坏之前检测出它们的扭曲，为亚致死血液创伤的早期诊断打开了大门。

　　

   

   

图片:来自日本SIT的研究人员提出了一种检测异常红细胞存在的新方法，从而能够早期诊断心血管支持设备引起的血液损伤。

红细胞(rbc)或红细胞在体内循环过程中不断暴露在“剪切压力”之下。这种压力通常是温和的，红细胞有足够的灵活性来适应形状的变化。然而，机械装置，如人工心脏和血液循环辅助系统，在此过程中往往会产生强烈的压力，过度拉伸和破坏红细胞。不幸的是，这是一种常见的情况，迄今仍不可避免。

传统的检查血液损伤的方法包括使用已经损坏到无法修复的红细胞。这就提出了一个相关的问题:是否有可能在早期发现并逆转损伤?很明显，实时监测红细胞剪切应力可以帮助我们更好地理解这一过程，并帮助开发检测亚致死阶段血液损伤的标志物。

在他们新的研究发表在科学报告,从日本和澳大利亚的一个研究小组,由助理教授田中伸男(Nobuo渡边Shibaura理工学院、日本和助理教授迈克尔·j·西蒙兹从格里菲斯大学(古),澳大利亚,设计了一种新的方法来检测红细胞表面的变化,进行剪切流。不像以前的研究是在静态条件下检查红细胞，这项研究观察了在“超超剪切”过程中受到压力的红细胞的“膜对称性”，以观察它与正常红细胞有多大不同。渡边博士解释说:“传统的图像分析方法无法检测与超生理流中观察到的形态变化相关的细微形状变化。有了我们的技术，就有可能评估和检测这些形状变化和损坏。”

为了实现这一壮举，该团队使用了一个定制的剪切室，该剪切室安装在配有高速捕捉相机的显微镜上，以观察红细胞破坏的开始。他们采集了两名年龄在20 - 30岁之间的健康男性志愿者的血液样本，并让他们承受10 - 60帕斯卡(Pa)的剪切负荷，持续5分钟。接下来，他们检查了红细胞计数，并在视频片段中发现了异常，优化了成像系统，以提高非对称性检测。

他们注意到一些值得注意的事情——在长时间暴露在60帕的压力负荷下后，红细胞变得不稳定，形状改变，甚至分解成更小的碎片。“虽然血红蛋白的释放代表终点细胞破坏或‘溶血阶段’，但我们的数据表明，在‘亚溶血’60pa条件下，仍然可以观察到红细胞的块状碎裂，这是一个致命的转变，”Watanabe博士说，他被这些发现所吸引。

研究小组随后假设，在细胞外观改变之前，在低剪应力下，不规则剪应力，而不是常规剪应力会导致细胞变硬。为了证实这一点，他们在60pa暴露后额外应用了1pa剪切，观察到红细胞聚集物中有肿胀的囊泡样结构在流动中旋转。有趣的是，评估细胞偏离正常轴的“延伸指数”(EI)在暴露后仅显示出微小的变化。

该团队认为，这项技术将允许对循环红细胞结构进行更详细的检查，加速心血管医疗设备引起的血液损伤过程的研究。渡边博士说:“这项技术可以应用在未来的下一代设备上，用于对需要机械循环支持的患者的血液损伤进行近实时诊断。”在谈到未来的潜在应用时，他补充道:“我们提出的策略主要集中在早期功能性标记物上，此时血液损伤可能仍是可逆的。将这种功能评估标记物整合到心血管医疗设备的部署中，可以帮助指导未来人工器官的临床实践，以增强血液相容性，改善患者的预后。”

让我们希望他的愿景离实现不远了。

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598 - 021 - 02936 - 2