Aux États-Unis, la drépanocytose touche environ 100 000 personnes et environ 2 millions d’Américains sont porteurs de cette mutation génétique. Les problèmes les plus courants et les plus graves causés par la drépanocytose sont l’anémie, la douleur et la défaillance d’organes – un accident vasculaire cérébral touche environ 10 enfants sur 100 atteints de cette maladie. L’espérance de vie médiane nationale des personnes atteintes de drépanocytose peut atteindre 50 ans.
Ce trouble sanguin héréditaire et permanent se caractérise par des globules rouges rigides et en forme de faucille en raison d’un changement radical de leur morphologie. Ils collent aux vaisseaux sanguins, bloquant le flux sanguin. Les patients atteints de drépanocytose souffrent d’événements imprévisibles et douloureux lorsque les globules rouges falciformes bloquent le flux sanguin au point que les tissus sont privés d’oxygène.
L’objectif principal de la prise en charge de la drépanocytose est de prévenir ces crises aiguës et douloureuses. Pour ce faire, il faut des outils de diagnostic et de surveillance sous la supervision d’un médecin. Cependant, les outils actuels sont encombrants, coûteux et nécessitent une formation technique. De plus, les étalons-or utilisés pour surveiller et diagnostiquer la drépanocytose reposent principalement sur des tests génétiques et la microscopie optique des globules rouges en forme de faucille, qui prennent du temps, entraînent des retards et ne capturent pas les changements en temps réel.
Il n’y a pas d’outils commerciaux disponibles aujourd’hui pour surveiller en continu la drépanocytose et aucun capteur de terrain portable pour mesurer quantitativement et surveiller les événements de drépanocytose à l’aide de petits échantillons de sang. Cela laisse les patients, diagnostiqués ou non, à risque. De plus, étant donné que les changements morphologiques dus à des événements répétés de falciformation cellulaire peuvent entraîner des dommages cellulaires permanents, le temps presse.
À l’aide de la microfluidique, de la cytométrie en flux et de l’impédance électrique, Sarah Du, Ph.D., professeure agrégée au département de génie océanique et mécanique de la Florida Atlantic University au sein du College of Engineering and Computer Science, a récemment reçu un brevet du United States Patent and Trademark Office pour une nouvelle invention qui offrira aux patients une meilleure façon de gérer leur maladie.
L’appareil développé par Du surveille rapidement et de manière fiable la drépanocytose en continu à l’aide d’un capteur d’impédance électrique basé sur la microfluidique, qui peut caractériser le taux de falciformation cellulaire et le pourcentage de cellules falciformes. Il peut distinguer les processus dynamiques de faucille et de drépanocytose des cellules dans le sang de la faucille sans utiliser d’imagerie microscopique ou de marqueurs biochimiques.
Assistés d’une application informatique développée pour l’appareil, les utilisateurs peuvent effectuer des balayages d’impédance sur des durées désignées, représenter graphiquement l’amplitude et la phase mesurées de l’impédance mesurée et partager les données brutes directement à partir d’un smartphone. L’appareil portable, qui pèse environ 1 livre, peut être tenu dans la main et est facile à utiliser.
« L’utilisation de cet appareil présente de nombreux avantages, tels que la portabilité et l’abordabilité », a déclaré Du. « Surtout, cet appareil fournira aux utilisateurs des mesures pour diagnostiquer la gravité de leur drépanocytose et comparer des échantillons de globules rouges drépanocytaires normaux et malades. Ces mesures longitudinales ne nécessiteront qu’un échantillon de sang extrêmement faible, tel qu’un prélèvement au doigt pour permettre aux patients pour surveiller leur maladie. »
La cytométrie mesure les cellules et autres particules biologiques tandis que la cytométrie en flux incorpore les cellules ou les particules se déplaçant dans un seul fichier dans un flux de fluide. La cytométrie en flux peut mesurer la taille des cellules, la forme des cellules et la quantité de cellules dans un volume donné. La cytométrie en flux basée sur l’impédance est capable de fournir des informations concernant les particules individuelles en mesurant les changements dans les valeurs d’impédance créées par les particules traversant les électrodes de mesure.
Cependant, les équipements actuellement utilisés pour effectuer ces mesures sont coûteux et encombrants. L’invention de Du offre une alternative aux patients et aux fournisseurs de soins de santé.
« Avec le cytomètre en flux portable basé sur l’impédance, il est possible de quantifier le nombre de cellules qui traversent les électrodes et de mesurer l’impédance électrique de cellules individuelles », a déclaré Du. « Les cellules falciformes présentent des différences d’impédance par rapport aux cellules saines. Ces différences sont quantifiées en fonction des différentes phases des cellules. C’est pourquoi il est possible de différencier les cellules falciformes des cellules normales ainsi que les différences entre les conditions des patients à l’aide de ce cytomètre portable.
Dans une étude antérieure, Du a caractérisé le taux de drépanocytose et le pourcentage de cellules drépanocytaires, qui sont d’importants facteurs contributifs au flux sanguin anormal et à la vaso-occlusion des cellules falciformes, ce qui provoque une douleur aiguë chez les patients en raison de formes altérées d’hémoglobine.
La combinaison des mesures d’impédance électrique et de la microfluidique fournit une méthode prometteuse pour évaluer rapidement les processus dynamiques de drépanocytose et de drépanocytose chez les patients atteints de drépanocytose. La technologie de pointe du professeur Du, qui a reçu un important brevet américain, offrira aux patients atteints de drépanocytose la possibilité de surveiller leur maladie de manière fiable et pratique de la même manière que les patients diabétiques peuvent surveiller leur maladie à l’aide d’un glucomètre. »
Stella Batalama, Ph.D., doyenne, FAU College of Engineering and Computer Science
