Un système amélioré de test d'urine pour les personnes souffrant de calculs rénaux inspiré par la nature et proposé par des chercheurs de Penn State et de l'Université de Stanford pourrait permettre aux patients de recevoir des résultats dans les 30 minutes au lieu du délai d'exécution actuel d'une semaine ou plus.
Les calculs rénaux se produisent en raison de l'accumulation de certains sels et minéraux qui forment des cristaux, qui à leur tour se collent et s'agrandissent pour former une masse dure dans les reins. Les calculs pénètrent dans les voies urinaires et peuvent provoquer du sang dans l'urine, des douleurs considérables et des blocages dans le système urinaire.
Les tests métaboliques de l'urine d'un patient atteint de calculs rénaux pour identifier les métabolites tels que les minéraux et les solutés qui provoquent la formation de calculs sont essentiels pour prévenir les futurs. Ce test est actuellement effectué en obligeant le patient à recueillir son urine sur une période de 24 heures dans un grand récipient. Le conteneur est ensuite envoyé à un laboratoire pour analyse et les résultats reviennent normalement en 7 à 10 jours.
Le processus long, la procédure de collecte lourde et le retard dans l'obtention des résultats rendent le test d'urine de 24 heures sous-utilisé dans la pratique clinique malgré les recommandations des lignes directrices. «
Pak Kin Wong, professeur de génie biomédical et de génie mécanique et chercheur principal sur l'étude
La recherche a été publiée aujourd'hui (22 mai) dans Science Advances.
Wong a déclaré qu'un équipement spécial coûteux est nécessaire pour détecter les solutés urinaires et les minéraux pour un résultat de test. L'échantillon d'urine doit donc être expédié à un laboratoire de diagnostic commercial pour analyse. Pour résoudre ce problème, l'équipe de recherche a développé un système de détection biomimétique appelé surface poreuse infusée de liquide glissant (SLIPS) -LAB.
SLIPS est une surface lisse dynamique à très faible friction créée en bloquant les liquides lubrifiants dans les substrats micro / nanostructurés. Ceci est inspiré par les pépins de nepenthes, qui sont des plantes carnivores qui ont des feuilles uniques en forme de pichets et sont remplies de liquide digestif. Les plantes ont évolué des jantes micro-texturées infusées de liquide extrêmement glissantes qui font tomber les insectes dans le « pichet ».
« Il existe de nombreux aspects que nous pouvons apprendre de la nature et de notre environnement, et nos recherches sont un exemple de la façon dont les ingénieurs biomédicaux peuvent en faire bon usage », a déclaré Wong.
SLIPS-LAB fonctionne en permettant aux réactifs et aux gouttelettes d'urine de se déplacer facilement sur la surface lisse du canal d'addition de fluide du dispositif de test et de ne pas se coincer. La gouttelette est entraînée par une différence de pression de Laplace, une petite force de pression due à la tension superficielle, induite par la géométrie de l'appareil. Cela permet aux réactifs de se combiner avec l'urine à la vitesse de réaction nécessaire.
« Nous avons démontré que SLIPS-LAB permet au réactif et à l'échantillon de se déplacer et d'effectuer les réactions pour nous », a déclaré Wong. « Cela signifie que la technologie ne nécessite pas de technicien pour exécuter des machines de test, il est donc possible de faire le test dans des contextes non traditionnels, comme le cabinet d'un médecin ou même le domicile du patient. »
Les résultats du test peuvent ensuite être lus à l'aide d'un scanner ou d'un téléphone portable, et l'image numérisée peut ensuite être analysée à l'aide d'un algorithme informatique. Selon Wong, toutes ces étapes prendraient environ 30 minutes dans le cabinet d'un médecin. Un avantage supplémentaire, a déclaré Wong, est que SLIPS-LAB est plus rentable que les tests réguliers de 24 heures.
« Le faible coût, la rapidité et la simplicité de SLIPS-LAB réduiraient la barrière pour le clinicien et le patient à subir une analyse des métabolites à risque de pierre », a déclaré Wong. « Cela améliorerait la prise en charge des patients atteints de calculs urinaires et ouvrirait de nouvelles possibilités aux patients atteints de calculs pour tester leurs échantillons d'urine dans des établissements de santé mobiles. »
L'auteur principal de l'étude, Hui Li, étudiant diplômé en génie biomédical, a déclaré qu'un autre résultat prometteur de leurs recherches démontrait que le test fonctionne également comme un test ponctuel, ce qui signifie qu'un patient peut surveiller certains niveaux dans son urine sans 24 heures collection.
« SLIPS-LAB peut ouvrir de nouvelles opportunités dans la surveillance à la demande des analytes urinaires et peut potentiellement transformer l'évaluation métabolique et la gestion clinique de la lithiase urinaire », a déclaré Li.
La source:
Penn State College of Engineering
Référence de la revue:
Li, H., et al. (2020) SLIPS-LAB – Un système de bioanalyse bioinspiré pour l'évaluation métabolique de la lithiase urinaire. Avancées scientifiques. doi.org/10.1126/sciadv.aba8535.