Forskere fra Aarhus Universitet har udviklet ny teknologi, der genkender og måler koncentrationen af lægemidler i blodet på under 10 minutter. Den hurtigere svartid kan betyde forskellen på liv og død.
Minutterne tæller, når en patient med en blodprop i hjernen ankommer til akutmodtagelsen på sygehuset. Lægerne står klar til at behandle, men om blodproppen kan fjernes medicinsk, afhænger af, hvad patienten i forvejen får af medicin. Men selvom en blodprøve hastes igennem på laboratoriet, kan den være op mod en time undervejs.
Den kritiske ventetid kan nu reduceres markant med en ny teknologi, som en forskergruppe fra Institut for Kemi ved Aarhus Universitet har udviklet og testet på blod fra 52 patienter.
Løsningen består af et lille instrument med en integreret, optisk måleteknik, der præcist måler koncentrationen af lægemidler i blodprøven. Det fortæller Kurt Vesterager Gothelf, professor i kemi og leder af forskningsgruppen.
-Konkret tager du en blodprøve, drypper blodet ned på en chip i en lille kassette, og så har du en præcis aflæsning på under 10 minutter. Prøven skal ikke først omkring et laboratorium, centrifugeres eller gennem en række manuelle behandlingstrin, som kan tage op til en time i sygehusets biokemiske afdeling. Hele analysen foregår automatisk i den lille kassette, forklarer Kurt Vesterager Gothelf.
Ny testmetode blev gennembruddet
Ideen til forskningsprojektet kommer fra professorens grundforskningsfelt i DNA-nanoteknologi – et forskningsfelt som forsøger at udnytte DNA-strengenes naturlige evne til at koble sig præcist til at bygge bittesmå, strukturerede former på et molekylært niveau. Det gør det muligt at skabe meget præcise sensorer, biologiske nanorobotter, som eksempelvis kan aflevere medicin direkte ind i syge celler i kroppen.
Gennembruddet kom, da Kurt Vesterager Gothelf fandt en biokemisk testmetode, der kunne genkende et bestemt medicinmolekyle og sende et optisk lyssignal ud, når det opdages.
-Vi brugte meget tid på at afsøge, hvilke molekyler vi overhovedet skulle lede efter i blodet. Vi lærte hurtigt, at det ikke er nok, at du teknisk set kan måle et stof. Hvis prøvesvaret ikke er akut, kan hospitalet lige så godt sende prøven til deres centrale laboratorium og få svaret en time eller flere dage senere. Vi var nødt til at finde et område, hvor svaret skal falde hurtigt, forklarer han.
Færre minutter betyder alt
For ham har tidsoptimeringen været det centrale omdrejningspunkt i udviklingsarbejdet.
-Tiden betyder alt, når man har en blodprop i hjernen. Jo længere tid et område af hjernen ikke får ilt, jo større er risikoen for vævsdød og skader i hjernen. Derfor er det helt afgørende at kunne agere hurtigt, og denne løsning kan kappe mange minutter af og give patienten et væsentligt bedre resultat, siger Kurt Vesterager Gothelf videre.
Udfordringen ved akut sygdom som eksempel blodpropper er at afklare, om patienten i forvejen er i behandling med blodfortyndende (antikoagulerende) medicin, hvilket over 200.000 danskere er.
-Når en patient indlægges med en akut blodprop i hjernen, står lægerne i et dilemma: De skal øjeblikkeligt vide, om patienten har blodfortyndende medicin i kroppen. For hvis en patient med høje niveauer af blodfortyndende midler i blodet modtager blodpropopløsende medicin, er der risiko for at udløse livstruende hjerneblødninger. I så fald skal patienten i stedet opereres, fortsætter han.
Hurtig og fleksibel
Den nye teknologi består af et filter, der adskiller blodcellerne direkte i kassetten, kombineret med specifikke antistoffer og en optisk måling, der viser den nøjagtige koncentration af lægemidlet.
Metoden er testet på blodprøver fra både danske og udenlandske hospitaler med resultater, der matcher de traditionelle instrumenter i de biokemiske afdelinger. Blot meget hurtigere.
Udover tidsbesparelsen er prisen på et instrument desuden lav.
-Frem for at skulle købe et stort og meget dyrt laboratorieinstrument, kan denne løsning bygges ind i et lille kompakt apparat, som koster fra 30.000- 50.000 kroner. Det betyder, at udstyret vil kunne stå på mindre sygehuse eller lokale klinikker, så man undgår at skulle transportere patienter eller prøver lange strækninger for at få et hurtigt svar, siger Kurt Vesterager Gothelf.
Selvom forskerne i første omgang har fokuseret på blodfortyndende medicin, peger studiet på, at teknologien også kan måle koncentrationen af andre kritiske stoffer, blandt andet immundæmpende medicin og antibiotika. Det giver store perspektiver, fremhæver professoren:
-Der er stor forskel fra patient til patient på, hvor meget medicin der optages i blodet. I fremtiden er der intet til hinder for, at patienter med kroniske sygdomme eller behov for kritisk medicin kan tage testen derhjemme og sende data direkte til lægen.
Markedet skal modnes
Men nu gælder det i første omgang at få teknologien ud og gøre gavn i praksis. Sammen med to tidligere ph.d.-studerende Line D. F. Nielsen og Malthe Hansen-Bruhn har Kurt Vesterager Gothelf grundlagt spin-out-virksomheden MedicQuant i 2019, som nu videreudvikler teknologien og producerer teknologien.
Han forventer, at teknologien kan være udviklet til komme på markedet inden for tre år, men den største opgave ligger i at modne markedet og tilpasse arbejdsgangene i sundhedsvæsenet.
-Vores metode gør det muligt at flytte diagnosticeringen helt tæt på patienten. I USA har man for eksempel mange små lokale healthcare-klinikker, som ikke har råd til store laboratorieinstrumenter. Her vil et lille, prisvenligt instrument passe godt ind, siger han videre.
Professoren tror på, at teknologien kan vinde indpas i sundhedsvæsenet, men der skal noget overtalelse til:
-Folk har tidligere set, at en så kompleks måling ikke var mulig, medmindre du har højt specialiseret centrallaboratorieudstyr. Markedet har endnu ikke opdaget, at teknologien her faktisk kan det samme som de dyre centrallaboratoriesystemer.
Det har givet gode erfaringer at bygge bro mellem forskning og forretning:
-For at en spin-out skal lykkes, kræver det, at man tror 100 procent på teknologien, og at man har de rigtige folk med det nødvendige drive. Endvidere kan man som forsker nemt undervurdere, hvor stort et arbejde det er at rejse kapital og drive en virksomhed. Min egen rolle i MedicQuant har efterhånden fået mere karakter af rådgivning, mens æren for at have opbygget virksomheden til det, den er i dag, tilfalder mine to tidligere studerende, Malthe og Line, og det team, de har samlet omkring sig, siger Kurt Vesterager Gothelf afslutningsvis.
Fra bloddråbe til svar på under 10 minutter
Metoden kombinerer en optisk måleteknik med en lille engangskassette og et kompakt optisk aflæsningsinstrument. Først indsættes en kassette, der indeholder den specifikke analyse, i instrumentet, hvorefter en lille blodprøve påføres kassetten. Blodet passerer gennem et indbygget filter, som tilbageholder blodcellerne, mens plasmaet strømmer videre ind i et målekammer.
I filteret er der på forhånd tørret kemiske og biologiske reagenser ind. Når plasmaet rammer filteret, genopløses reagenserne og sætter analysen i gang. Apparatet måler herefter det optiske signal og beregner den præcise koncentration af lægemidlet.
Prøven skal ikke centrifugeres eller igennem manuelle behandlingstrin på et laboratorium. Hele analysen foregår automatisk direkte i den lille kassette.
Teknologien er foreløbig testet på de tre typer blodfortyndende medicin, dabigatran, rivaroxaban og apixaban, samt på kræftlægemidlet methotrexat og antibiotikummet linezolid.
Professor i de allermindste byggesten
Professor Kurt Vesterager Gothelf (født 1968) er ph.d. i kemi fra Aarhus Universitet og leder af Gothelf Lab. Gruppen forsker i spændingsfeltet mellem organisk kemi, DNA-nanoteknologi, biosensorer og udvikling af nye lægemidler. Han har tidligere været leder af grundforskningscentret Center for DNA-Nanoteknologi, hvor forskningen kredsede om, hvordan kunstige DNA-strukturer kan kombineres med syntetisk kemi til at bygge nanostrukturer. Siden 2023 har gruppen desuden været en del af RNA-META, som arbejder på at udvikle RNA-baseret medicin mod stofskiftesygdomme. I det internationale BioNwire-projekt samarbejder gruppen med DTU og Harvard University om at samle metaliske ledninger på biostrukturer i mikrochips, som bla. vil kunne bruges til at måle enkeltmolekyler.
Kilde: Aarhus Universitet.
