毎年何百万人もの人々が献血し、数え切れないほどの命を救っています。献血が完了すると、血漿と白血球が分離され、残った赤血球懸濁液が臨床現場で最も一般的に使用される輸血製品です。ほとんどの国では、液体の状態で低温条件下で最長 42 日間保存できます。
しかし、赤血球は冷蔵保存中に徐々に構造変化が起こり、細胞膜がもろくなり、さまざまな有害な代謝物が蓄積して血液の質が低下します。したがって、通常、赤血球は 6 週間を過ぎると輸血に適さなくなると考えられます。さらにやっかいなのは、同じ保存条件と時間下であっても、異なる献血者の赤血球は異なる速度で「老化」することです。それらの品質の減衰は、ドナーの代謝状態、ライフスタイル、体重、性別、年齢などの多くの要因の影響を受け、大きく異なります。これらの個人差は、多くの場合、病院や血液センターでタイムリーに特定することが困難です。主な理由は、迅速かつ安価で、輸血前の最前線の臨床現場で使用できる血液品質検査方法が存在しないことです。
コロラド大学ボルダー大学とコロラド大学アンシュッツ医療センターの研究者らは、上記の問題の解決策を提供することを期待して、最近、コンパクトで低コストで使いやすい新しい検出装置を開発しました。研究チームは、将来的には、このデバイスをコインサイズの「チップ」にしてスマートフォンに直接挿入し、スマートフォンのカメラとサポートアプリケーションを通じて約2分で検査結果を提供し、ベッドサイドでの即時評価を可能にすることを構想している。
このチップの動作原理は音響マイクロ流体技術に基づいています。チップの表面には電極が配置されています。電流が流れると音波に似た表面弾性波が最上層で発生し、チップ表面に置かれた血液の小滴に作用します。音波の作用下で、赤血球は振動し、細胞が破裂するまで徐々に加熱されます。これは、赤血球に対する「ミニチュアストレステスト」に相当します。赤血球の破裂が速ければ速いほど、赤血球はより脆弱になり、血液全体の品質が低下します。
この実験では、研究者らは複数の健康な献血者から採取した血液サンプルを42日間の保存期間中に毎週検査した。その結果、保存時間が延長されると、一部のドナーの赤血球はより低い温度とより早い時点で破裂し、公式の「使用期限」に達する前に品質が大幅に低下することが示された。これは、均一な保存期間だけに依存するだけでは、特定の時点での血液の各バッグの実際の状態を正確に反映するには十分ではないことを示しています。
音響振動が不可欠かどうかを確認するために、研究チームはまた、正確な温度制御のみによる赤血球の熱破壊の観察を試み、異なるドナー間および異なる時点で比較した。この研究では、音響振動を重ね合わせなければ、加熱だけではドナー間の赤血球特性の違いを効果的に区別できないことが判明した。ただし、音響振動を追加すると、これらの違いが明確に表示されます。
研究者らは、この技術は赤血球の品質が保存期間と個人の生物学的差異の両方によって影響を受けることを示していると指摘している。輸血前に低品質の血液バッグを特定できれば、病院はできるだけ早くそれらを優先的に使用できるため、血液資源の利用率が向上し、患者により良い治療保証が提供されます。同時に、この種の検査は、医師が輸血後にレシピエントの赤血球が体内でどのように機能するかを予測し、それによって輸血の決定を最適化するのにも役立つと期待されています。
現在、この方法が病院に広く導入されるまでには、さらなる検証、エンジニアリングの改善、既存の輸血プロセスとの統合など、やるべきことがまだたくさんあります。将来的に研究チームは、これに基づいて応用を拡大し、同じ技術的ルートを使用して血球または血液中の特定のタンパク質レベルに影響を与える複数の要因を検出し、より多くのポイントオブケア診断ツールを開発したいと考えています。関連する研究論文はジャーナル「Lab on a Chip」の最新号に掲載され、研究概要はコロラド大学ボルダー校から発表されました。