11. COMPAMED Tavaszi Fórum a mikrofluidikra helyezte a hangsúlyt – egy rendkívül fontos téma a modern laboratóriumi orvoslás számára

A COMPAMED Tavaszi Fórum már bebizonyosodott, mint szakértői találkozópont az orvostechnikai ipar fejlesztői, gyártói és szolgáltató partnerei számára. Az éves esemény már tavasszal betekintést nyújt a COMPAMED-be, amely nemzetközileg vezető piactér az orvosi gyártás beszállítóinak, és amelyet minden évben 2017. november 13. és 16. között rendeznek Düsseldorfban. A 11. Tavaszi Fórum május 3-án (Frankfurt am Mainben) a mikrofluidikáról szól az orvostechnikában – három ülés keretében a „Általános szempontok és koncepciók”, „Mikrofluidikus eszközök gyártása” és „BioMEMS és sejtválogatás” témakörében. Háttér: Az orvostechnika egyre inkább a decentralizált betegellátás irányába fejlődik. Ezért minden diagnosztikai és terápiás intézkedésnek és eszköznek a „Point of Care (PoC)” helyszínen kell működnie. Ez nagy előnyöket kínál a korábbi gyakorlatokhoz képest, amikor a betegeket orvoshoz küldték, és a teszteket laboratóriumban végezték. Így elkerülhetők a kórházi tartózkodások, gyorsabb eredmények érhetők el a specifikus diagnózis és személyre szabott kezelés terén, valamint csökkenthetők az egészségügyi rendszer költségei.

Ahhoz, hogy ezeket az előnyöket kihasználhassuk, az eszközöknek automatikusan és megbízhatóan kell működniük a diagnosztikában és a terápiában. A mintákat pontosan meghatározott mennyiségben kell gyűjteni, feldolgozni és tesztelni. A gyógyszereknek az egyéni beteg kórképe szerint kell lenniük adagolva. Mindezen területeken a mikrofluidikus rendszerek nagy szerepet játszanak. A 11. COMPAMED Tavaszi Fórum ezért bemutatta, hogyan készülnek ezek az alkatrészek és rendszerek, milyen anyagokat használnak hozzájuk, de azt is, hogyan alkalmazzák a BioMEMS-termékeket diagnosztikában vagy gyógyszerek adagolásában. A fórum szervezője az IVAM Mikrotechnológiai Szakmai Szövetség az együttműködésben a Düsseldorfi Vásárvállalattal.

Az, hogy a mikrofluidika már milyen jelentős szerepet tölt be, bizonyította Henne van Heeren az enablingMNT vállalat képviseletében. Az enablingMNT (Dordrecht, Hollandia) a brit, holland és német irodákkal a mikro- és nanotechnológiák (MNT) marketing- és stratégiai támogatására fókuszál. „Továbbra is nagy növekedést látunk, jelenleg már 750 cég aktív a mikrofluidika területén” – hangsúlyozza van Heeren. Évente mintegy 45 új startup jön létre, ugyanakkor ugyanebben az időszakban körülbelül 20 cég elhagyja ezt a területet, felvásárolják vagy bezárják. A mikrofluidika kereskedelmi szempontból vezető intézményei a kaliforniai Berkeley Egyetem, Harvard és a Massachusetts Institute of Technology. Európában a Twente Egyetem, a Zürichi ETH és a Cambridge-i Egyetem tartozik a vezető csoporthoz. 1998 óta a „Microfluidic” kifejezést tartalmazó szabadalmak száma nulláról több mint 1300-ra nő évente. Anyagok tekintetében a Polidimetil-sziloxán, egy szilícium-alapú polimer nagyon népszerű az egyetemi kutatásban, míg az ipar inkább ciklo-olefin-polimereket (COP), ciklo-olefin-copolimereket (COC), üveget, üveg és szilícium kombinációját, valamint polimetilmetakrilátot (PMMA) használ. A COC vagy COP elsősorban egyszer használatos eszközöknél alkalmazott „Point of Care” területen, az üveget pedig különösen igényes alkalmazásoknál, például olyan eszközöknél, amelyeket gyakran és hosszabb ideig újrahasználják, illetve ahol magasabb nyomások és hőmérsékletek szükségesek.

Nyál, vizelet vagy izzadság helyettesítheti az invazív vérmintát

Jelenleg a legtöbb egészségügyi vizsgálat véranalízisen alapul, amit invazív technikával nyernek. Az elmúlt évtizedben lépett életbe a „szabadon hozzáférhető” testnedvek, például nyál, vizelet és izzadság használata. Az ezek gyűjtésére, előkészítésére és elemzésére szolgáló technológiák azonban nem mindig pontosak, robusztusak vagy könnyen kezelhetők. Ráadásul ezekből a folyadékokból nyert eredmények nem mindig megbízhatóak. A Landquartban (Svájc) található Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique SA (CSEM) ezen a háttéren különböző szenzorok fejlesztésén dolgozik, amelyek nem invazív módon képesek monitorozni a betegeket, és alkalmazhatók lehetnek a Point of Care diagnosztikában és a terápiás monitorozó eszközökben. „Nagy részét munkánknak az új eszköz különböző képességeinek fejlesztése teszi ki: úgy kell kialakítani, hogy nem képzett személyzet is használhassa, klinikailag igényes helyzetekben is alkalmazható legyen, olyan egyéneknél, akiknél nehéz vérmintát venni, és távoli területeken is működőképes legyen” – magyarázza Samantha Paoletti a CSEM-től.

A CSEM különböző technológiákat fejleszt, amelyek moduláris megközelítésen alapulnak a diagnosztikában. Ide tartozik a minták előkészítése, vagyis a testnedvek gyűjtése és feldolgozása különböző mikrofluidikus tervezésekkel, valamint speciális célmolekulák, például elektrolitok, fehérjék, peptidek, immunglobulinok vagy kis szerves komponensek (cukrok, aminosavak stb.) kimutatása. Ehhez optikai, fluoreszcens vagy elektrochemikus szenzorokat alkalmazhatnak, amelyeket a CSEM fejleszt, gyárt, funkcionál és olcsó megoldásokba integrál. Emellett dolgozik a központ a kimutatóegységeken, az ahhoz tartozó elektronikán, az energiaellátáson és az adatátvitelen is. „Jelenlegi portfóliónk több szenzorból áll, amelyek például kálium- és nátriumionokat, glükózt, laktátot, pH-t és impedancia értékeket detektálnak” – mondja Paoletti. A CSEM bebizonyította, hogy a szenzorokat ruházatba (viselhető eszközök, izzadság elemzése) integrálva vagy nyál- és vizeletvizsgálatra is lehet használni.

Mikrofluidika és 3D nyomtatás kombinációja a cukorbetegség kezelésében

A cukorbetegség nemcsak Németországban népbetegség – a 20 és 79 év közötti korosztályban több mint 6,5 millió ember érintett. A folyamatos glükóz-koncentráció mérés mind a vérben, mind a szövetközi folyadékban (intersticiális folyadék) lehetséges, mivel a glükózszint csak minimális időeltolódással arányos a vérhez képest. A CIS Mikroszenzorikai Kutatóintézet Erfurtben egy új megoldást fejlesztett ki a vércukorszint mérésére mikrofluidika és 3D nyomtatás kombinációjával. „A szenzor koncepciója nem a mindennapi cukorbeteg-páciensek számára készült, hanem intenzív terápiában történő monitorozásra, ahol hét napig szolgáltat vércukorértékeket” – mondja Dr. Jan Freitag, a CIS kutatója. A teljes szenzor egy kalibrációs kamrában helyezkedik el, amely két részre oszlik. Az egyikbe 0%-os cukorkoncentrációjú folyadék kerül, míg a másikba egy meghatározott koncentrációjú. Ez lehetővé teszi, hogy először egy null százalékos mérési pontot tároljunk, majd a kamrák közötti fal nyitásával egy második mérési pontot rögzítsünk, így kétpontos kalibrációt végezve. A teljes rendszer egy miniaturizált cső alakú mérőkamrából áll, amelynek oldalai rácsszerűen vannak kialakítva (méretek: 25 mm hosszúság, 1,2 mm átmérő), és amely tartalmazza a fényforrást a csúcsán, valamint az optikai komponensek interfészét a tű végén. Anyagként kobalt-króm acélt használnak. A mérőkamra összetett gyártása, amely a csontvázszerű struktúrát tartalmazza, 3D nyomtatással történik. Ezzel a módszerrel szelektív lézerolvasztási folyamat segítségével lehetett olyan fémötvözetből készült csontvázakat felépíteni, amelyek alkalmazhatók az emberi testen belül. „Egyszerre 250 csatornát tudunk gyártani egy adagolóban, ez költséget és időt takarít meg” – mondja Freitag.

Folyadékkezelés nanoliteres tartományban

A jövő laboratóriumi és diagnosztikai alkalmazásai megkövetelik a folyadékok adagolását mikro- és akár nanoliteres tartományban. A korábbi rendszerek a legkisebb térfogatok kezelésére gyakran nem elég precízek. Ezért fejlesztette ki a Fraunhofer Gyártástechnológiai és Automatizálási Intézete (IPA) az I-DOT (Immediate Drop on Demand technológia) néven egy új folyadékkezelő technológiát, amellyel 2-12 nanoliteres cseppek hozhatók létre nyomásimpulzus segítségével. Nagyobb mennyiségek akár 400 impulzus/másodperc alkalmazásával érhetők el. A mikro-előformákat mikroszórással gyártják, mivel ez a technológia lehetővé teszi nagyon precíz „mikro-medencék” reprodukálását jó minőségben. A mikroinjektiós formázás szakértője a MDX Devices GmbH, amely a magas precizitású mikro- vagy precíziós öntvények gazdaságos gyártására specializálódott kis példányszámú, hitelesített minőségű alkatrészekre. „Prototípusokat, mikro-alkatrészeket és -eszközöket gyártunk magas teljesítményű műanyagokból mikro- és precíziós öntéssel, valamint végrehajtunk kiegészítő folyamatokat, például nyomtatást vagy összeszerelést, különösen kis példányszámokban az orvostechnikában, diagnosztikában, gyógyszeriparban vagy biotechnológiában, valamint mikro-rendszerekhez” – erősíti meg Harald Grün, a MDX ügyvezető tulajdonosa. A vállalat különböző mikrotartólemezeket gyárt az I-DOT technológiához. A mikroinjektiós technológia számos előnnyel jár a magas precizitású alkatrészek gyártásában a hagyományos öntéssel szemben, például alacsony öntőmennyiség, rendkívül rövid ciklusidő, jó töltési viselkedés, valamint magas folyamatstabilitás, reprodukálhatóság és gazdaságosság, mivel az eljárás energiahatékony.

Teljesen automatikus tumorsejt izoláció vérmintából

A BMBF által támogatott CTCelect projekt célja különleges sejtek kezelése. A vérben keringő tumorsejteket (angolul Circulating Tumor Cells, CTCs) a rák kutatásában fontos információforrásként tartják számon a betegség előrehaladásáról és a lehetséges terápiás lehetőségekről. Azonban ezek rendkívül alacsony koncentrációban fordulnak elő a vérben. Az egyéni immunintervenciós klaszter (Ci3) keretében a Fraunhofer ICT-IMM és partnerei kifejlesztettek egy mikrofluidikus áramlásmérőt, amely integrált egyedi sejtszóróval képes teljesen automatikusan izolálni a tumorsejteket egy vérmintából. Ez lehetővé teszi, hogy következtetéseket vonjunk le arról, hogyan reagálnak különböző tumor típusok a kezelésekre. Emellett célzott gyógyszereket is lehet fejleszteni. Az 2017 januárjában indult projektben most a korábban kutatott, szabadon keringő tumorsejtek koncentrálási és egyedenkénti szétválasztási folyamatának klinikai mintákon való validálására és jellemzésére kerül sor. „Egy CTCelect demonstrációs készüléket építünk fel, és a felhasználói igényeket mérjük a klinikai alkalmazók részéről” – mondja Dr. Michael Bässler az ICT-IMM-től. A laboratóriumi demonstrátorból értékelő demonstrátor lesz. A klinikai felhasználó, az Eseti Transzlációs Bőrrák Kutató Intézet az Essen-i Egyetemi Klinikán, teszteli majd az optimalizált rendszert a megbízhatóság, a hibamentesség és a kezelőbarát kialakítás szempontjából. „Bizonyítottuk a megvalósíthatóság alapját, most pedig közelebb hozzuk a laboratóriumi eszközt a piacra, releváns adatok gyűjtésével a potenciális érdeklődők számára” – magyarázza Bässler. A legfőbb cél az is, hogy találjunk egy vásárlót, aki a rendszert a piacra kívánja vinni – erre a COMPAMED ideális platform lehet.

A COMPAMED 2017-en várhatóan ismét közel 800 kiállító lesz jelen több mint 40 országból a Düsseldorf-i vásárterületen. A COMPAMED párhuzamosan zajlik a világ legnagyobb orvosi vásárával, a MEDICA 2017-gyel (mintegy 5000 kiállító).