مستشعر يتنبأ بـ«عاصفة الالتهابات» لدى مرضى «كورونا»

طوره فريق بحثي من جامعة تكساس الأميركية

جهاز يشبه ساعة اليد يقيس مستويات الـ «سيتوكين» في العرق السلبي (الفريق البحثي)

في وقت مبكر من جائحة «كوفيد - 19»، أدرك الأطباء أن المرضى الذين طوروا «عاصفة خلوية»، وهي زيادة في البروتينات المناعية (السيتوكينات) المسببة للالتهابات، كانوا في الغالب الأكثر مرضاً والأكثر عرضة لخطر الوفاة، ولكن يمكن أن تحدث عاصفة خلوية أيضاً في أمراض أخرى، مثل الإنفلونزا.
وللكشف المبكر عن هذه العواصف الخلوية، أعلن العلماء عن النتائج الأولية لجهاز استشعار العرق الذي يمكن أن يساعد الأطباء في علاج المرضى بشكل أكثر فاعلية، وقدم الباحثون نتائجهم أول من أمس في اجتماع الربيع الخاص بالجمعية الكيميائية الأميركية. تقول شاليني براساد، الأستاذ بقسم الهندسة الحيوية والهندسة الطبية الحيوية بجامعة تكساس: «في سياق (كوفيد - 19)، إذا كان بإمكانك مراقبة السيتوكينات المسببة للالتهابات ورؤيتها تتجه نحو الأعلى، فيمكنك علاج المرضى مبكراً، حتى قبل ظهور الأعراض».
ويعد الاكتشاف المبكر مهماً لأنه بمجرد إطلاق العنان لعاصفة خلوية، يمكن أن يؤدي الالتهاب المفرط إلى إتلاف الأعضاء، مما يتسبب في مرض شديد وموت. وفي المقابل، إذا تمكن الأطباء من إعطاء علاجات الستيرويد أو غيرها من العلاجات بمجرد أن تبدأ مستويات السيتوكين في الارتفاع، يمكن تقليل حالات الوفيات. وعلى الرغم من أن اختبارات الدم يمكن أن تقيس السيتوكينات، فإنه يصعب إجراؤها في المنزل، ولا يمكنها مراقبة مستويات البروتينات باستمرار.
وتفرز السيتوكينات في العرق بمستويات أقل من الدم، ولجمع كمية كافية من العرق للاختبار يطلب العلماء من المرضى ممارسة الرياضة، أو يقوموا بتطبيق تيار كهربائي صغير على جلد المرضى. ومع ذلك، فإن هذه الإجراءات نفسها يمكن أن تغير مستويات السيتوكين. وتضيف براساد: «وجدنا أن على الشخص قياس السيتوكينات في العرق السلبي، لكن التحدي الكبير هو أننا لا نتعرق كثيراً، خاصة في البيئات المكيفة، فمعظم الناس ينتجون نحو 5 ميكرولتر فقط، أو عُشر قطرة، من العرق السلبي في 0.5 بوصة مربعة من الجلد في 10 دقائق».
لذلك أراد الباحثون تطوير طريقة حساسة للغاية لقياس مستويات السيتوكين بكميات ضئيلة من العرق السلبي، واعتمدوا على عملهم السابق على جهاز استشعار العرق القابل للارتداء لرصد علامات مرض التهاب الأمعاء. ويقيس الجهاز الذي يشبه ساعة اليد مستويات البروتينين اللذين يرتفعان خلال نوبات التهاب الأمعاء. وعند ارتداء الجهاز على الذراع، ينتشر العرق السلبي على شريط مستشعر متصل بقارئ إلكتروني، وشريط المستشعر الذي يحتوي على قطبين كهربائيين مغطى بأجسام مضادة ترتبط بالبروتينين. ويؤدي ارتباط البروتينات بأجسامها المضادة إلى تغيير التيار الكهربائي المتدفق عبر القارئ الإلكتروني، ثم ينقل القارئ هذه البيانات لاسلكياً إلى تطبيق هاتف ذكي يحول القياسات الكهربائية إلى تركيزات البروتين. وبعد بضع دقائق، ينتشر العرق القديم، ويدخل العرق المفرز حديثاً إلى الشريط لتحليله.
وبالنسبة لمستشعر السيتوكين الجديد، المسمى «جهاز استشعار العرق Dx»، صنع الباحثون شرائح استشعار بأجسام مضادة ضد 7 بروتينات مؤيدة للالتهابات، وقاموا باختبارها على 6 أشخاص أصحاء، و5 أشخاص مصابين بالإنفلونزا، وأظهر اثنان من المرضى مستويات عالية من السيتوكينات. وفي جميع المشاركين، كانت السيتوكينات في العرق السلبي مرتبطة بمستويات البروتينات نفسها في البلازما. وكان «جهاز استشعار العرق Dx» حساساً بدرجة كافية لقياس السيتوكينات في المرضى الذين يتناولون الأدوية المضادة للالتهابات، والذين يفرزون السيتوكينات في نطاق تركيز منخفض «بيكوغرام لكل مليلتر»، ويقوم الجهاز بتتبع مستويات السيتوكين لمدة تصل إلى 168 ساعة، قبل أن يلزم تغيير شريط المستشعر.
وتخطط الباحثة شاليني براساد، بالشراكة مع زملائها، لإجراء تجارب سريرية لمستشعر السيتوكين في الأشخاص المصابين بالتهابات الجهاز التنفسي. وتقول براساد: «كان الوصول إلى مرضى (كوفيد - 19) تحدياً لأن العاملين في مجال الرعاية الصحية مرهقون، وليس لديهم الوقت لاختبار أجهزة الفحص، لكننا سنستمر في اختباره لجميع التهابات الجهاز التنفسي لأن ما يهمنا هو مراقبة السيتوكينات».