Kompaktes Mikroskop ein Wunder: Erreicht die Leistung teurer Laborgeräte bei der TB-Diagnose

Kompaktes Mikroskop ein Wunder: Erreicht die Leistung teurer Laborgeräte bei der TB-Diagnose
Kompaktes Mikroskop ein Wunder: Erreicht die Leistung teurer Laborgeräte bei der TB-Diagnose
Anonim

Ein kompaktes Mikroskop, das an der Rice University erfunden wurde, beweist sein Potenzial, die globale Gesundheit zu beeinflussen.

In einem online in der Zeitschrift PLoS ONE veröffentlichten Artikel zeigen Rice-Alumnus Andrew Miller und Co-Autoren, dass sein tragbares, batteriebetriebenes Fluoreszenzmikroskop, das 240 US-Dollar kostet, sich gut gegen Geräte stapeln kann, die für so viel wie im Einzelhandel erhältlich sind $40.000 für die Diagnose von Anzeichen einer Tuberkulose.

Miller und Kollegen vom Methodist Hospital Research Institute (TMHRI) analysierten Proben von 19 Patienten mit Verdacht auf TB, eine Infektionskrankheit, die normalerweise die Lunge angreift und unbehandelt tödlich sein kann.Sein Instrument namens Global Focus-Mikroskop schnitt genauso gut ab wie das Standard-Fluoreszenzmikroskop des Labors. Das Team berichtete, dass bei 98,4 Prozent der getesteten Proben ähnliche Ergebnisse erzielt wurden.

Miller hat das 2,5-Pfund-Mikroskop letztes Jahr als sein leitendes Designprojekt entwickelt, in Zusammenarbeit mit der Fakultät von Rice 360˚: Institute for Global He alth Technologies. Das Ziel war die Herstellung eines kostengünstigen, tragbaren und hochleistungsfähigen Mikroskops, das in Kliniken in Entwicklungsländern verwendet werden kann, die nur eingeschränkten Zugang zu Laborgeräten haben und möglicherweise keinen Strom haben.

Das Mikroskop wurde mit handelsüblichen Teilen gebaut, die in einer robusten Kunststoffhülle eingeschlossen sind, die Miller mit einem 3-D-Drucker in Rice's Oshman Engineering Design Kitchen (OEDK) erstellt hat. Das Licht für das Mikroskop mit 1.000-facher Vergrößerung kommt von einer oben angebrachten LED-Taschenlampe.

Das Global Focus-Mikroskop gewann den diesjährigen Hershel M. Rich Invention Award, der jährlich von Rice Engineering Alumni an ein Fakultätsmitglied oder einen Studenten von Rice verliehen wird, der eine originelle Erfindung entwickelt hat. Es war das erste Bachelor-Projekt, das den Preis gewann.

Miller schloss 2009 sein Studium an der Rice mit einem Abschluss in Bioingenieurwesen ab und arbeitet Vollzeit als Designer medizinischer Geräte für Thoratec, ein Unternehmen in San Francisco, das ventrikuläre Unterstützungsgeräte herstellt. In Teilzeit arbeitet er weiterhin daran, das Mikroskop so zu kommerzialisieren, dass seine Kosten für Benutzer in Entwicklungsländern niedrig bleiben. Außerdem hat er das Kunststoffgehäuse des Mikroskops zur besseren Stabilität durch Aluminium ersetzt.

Miller und Rice haben einen Vertrag mit einem Medizingeräte-Berater, 3rd Stone Design, abgeschlossen, um 20 Mikroskope herzustellen, die nächsten Monat für Feldtests bereit sein werden.

"Die Weltgesundheitsorganisation schätzt, dass 2008 1,3 Millionen Menschen an Tuberkulose starben", sagte Rebecca Richards-Kortum, Stanley C. Moore-Professorin für Biotechnik bei Rice und Gründungsdirektorin von Rice 360°. „Andys Mikroskop, das tragbar, langlebig und kostengünstig ist, könnte zur Diagnose von Tuberkulose in kommunalen oder ländlichen Gesundheitszentren mit begrenzter Infrastruktur in Entwicklungsländern verwendet werden, um die Früherkennung und erfolgreiche Behandlung der Krankheit zu fördern."

Die Studie verwendete TB-Abstrichproben aus Teheran, Iran. Ahmad Bahrmand, ehemaliger Direktor des TB-Labors des iranischen Pasteur-Instituts, brachte Sputum-Abstrichproben der infizierten Patienten mit, als er zur Arbeit für Edward Graviss, Direktor des TMHRI Molecular Tuberculosis Laboratory, kam.

Viertägige Blindtests mit 63 Abstrichproben, einschließlich Kontrollobjektträgern, bestätigten, dass das Global Focus-Mikroskop bei der Identifizierung positiver Abstrichproben genauso leistungsfähig war wie das ausgeklügeltere Instrument des Labors.

"Dies ist von enormer Bedeutung als Point-of-Care-Tool, das Kliniker für Tuberkulose-Patienten verwenden können, egal ob sie sich in Asien oder Afrika oder sogar in West-Texas befinden", sagte Graviss. "Die erste Identifizierung von TB erfolgt normalerweise mit einem Abstrich, und es ist gut, dies vor Ort zu wissen, anstatt drei oder vier Tage warten zu müssen, um den Abstrich in ein Labor zu bringen.

"Die Idee war, ein Feldmikroskop mit dem zu vergleichen, was wir in einem Standard-TB-Labor sehen, wie wir es bei Methodist haben", sagte er."Als wir die Ergebnisse zwischen den beiden Mikroskopen verglichen haben, gab es keinen signifikanten Unterschied. Die Qualität ist da, und Sie werden nichts verpassen, wenn Sie eines dieser Point-of-Care-Mikroskope verwenden."

Ein neues Team von Rice-Studenten entwickelt Software, die ungeschulten Ärzten hilft, Tuberkulose vor Ort durch Bildverarbeitung auf einem Smartphone, vielleicht als iPhone-App, zu diagnostizieren.

Co-Autoren des Artikels sind Rice Alaun Gregory Davis; Maria Oden, Professorin für die Praxis der Ingenieurausbildung bei Rice und Direktorin des OEDK; Mark Pierce, Fakultätsmitglied für Bioingenieurwesen bei Rice; Randall Olsen, Pathologe am Methodist Hospital und TMHRI-Wissenschaftler; und Mohamad Razavi, Abolfazl Fateh, Morteza Ghazanfari, Farid Abdolrahimi, Shahin Pourazar und Fatemeh Sakhaee vom Pasteur Institute of Iran.

Das Programm wurde durch ein Stipendium des Howard Hughes Medical Institute im Rahmen des Precollege and Undergraduate Science Education Program unterstützt.

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