Een vrouw komt met pijn op de borst binnen op de spoedeisende hulp. Een simpel vingerprikje kan voldoende zijn om binnen een paar minuten vast te stellen of er sprake is van een hartinfarct. Dat kan met de Minicare I-20, die Philips in 2016 in de Benelux op de markt brengt. ‘Dit apparaatje is het resultaat van tien jaar intensief onderzoek,’ zegt research scientist Matthias Irmscher.
Bij patiënten die nu in het ziekenhuis komen met pijn op de borst, wordt er standaard een buisje bloed afgenomen. Het bloed gaat naar een laboratorium. Ongeveer een uur later is de uitslag bekend die aangeeft of die patiënt eventueel een hartinfarct heeft. Ondertussen wordt de patiënt onder observatie gehouden en zit in angst en onzekerheid. In 15 tot 30 procent van de gevallen is dat niet nodig. De patiënt heeft dan bijvoorbeeld spierpijn, een gewrichtsontsteking of angina pectoris, een vervelende maar niet levensbedreigende aandoening.
Het Minicare-systeem geeft aan de hand van één druppeltje bloed al binnen enkele minuten een uitslag. ‘We meten de aanwezigheid van het eiwit troponine,’ legt Irmscher uit. Dat eiwit komt vrij als er hartcellen afsterven als gevolg van een tekort aan zuurstof.
De Minicare I-20 past in een trend richting zogeheten ‘point-of-care’ medische toepassingen. ‘We ontwikkelen systemen die sneller, simpeler en meer kosteneffectief zijn dan de huidige labtesten. We willen niet alleen klinische beslissingen kunnen versnellen, maar ook een betere efficiëntie en kwaliteit binnen de gezondheidszorg bereiken. Dat geldt niet alleen voor ziekenhuizen, maar ook op andere plekken. Zo kunnen bijvoorbeeld huisartsen meer testen zelf doen en direct een diagnose stellen.’
Nieuwe medische technologie moet vaak simpel te bedienen zijn, goedkoop in gebruik, en snel een accurate uitslag geven, verklaart Irmscher. ‘Het resultaat moet vergelijkbaar zijn met de huidige tijdsintensievere labtesten. Je moet de technologie kunnen bedienen zonder enige voorkennis, het moet bijvoorbeeld niet nodig zijn dat je een ader aan kunt prikken. Wij werken met een vingerprikje bloed, dat is twintig tot dertig microliter. Verder hebben we te maken hebben met hele lage concentraties van het te meten eiwit. Dat was hier de grootste uitdaging.’
Het product is te bedienen door mensen met weinig specifieke voorkennis: je steekt een plastic cartridge in het uitleesapparaat en doet er een druppel bloed op. Binnen enkele minuten vertelt het apparaat of het eiwit troponine in het bloed aanwezig is en zo ja, hoeveel.
Op het moment dat de Minicare I-20 op de markt komt, is het werk aan de technologie zeker nog niet klaar. ‘Ondertussen werken wij binnen Philips samen met universiteiten en andere bedrijven verder aan een uitbreiding van de mogelijkheden,’ meldt research scientist Irmscher. ‘We willen meerdere verschillende eiwitten kunnen meten, bijvoorbeeld om ook psychische stoornissen of hersenbeschadigingen met een vingerprikje bloed te kunnen vaststellen. En we willen de gevoeligheid nog verder verbeteren.’
De cartridge van de Minicare I-20 bestaat uit een stukje plastic, dat hele kleine vloeistofkanaaltjes bevat. Die kanaaltjes leiden het bloed naar een kamer. In die kamer schuilt het geheim: er zitten magnetische bolletjes in, die zijn beplakt met antilichamen. Zodra er een troponine-eiwit langs zo’n bolletje stroomt, wordt het gevangen door het antilichaam.
Het uitleesapparaat bevat magneten waarmee de magnetische bolletjes kunnen worden bewogen. Zodra de bolletjes voldoende troponine-moleculen hebben kunnen binden, worden ze met behulp van de magneten naar de bodem van de cartridge getrokken. Hier zijn ook antilichamen vastgemaakt waarmee de troponine-moleculen aan de ondergrond worden vastgeplakt. Daarmee wordt het aantal aan de bodem gebonden bolletjes een maat voor de concentratie van de troponine-moleculen in het bloeddruppeltje. Door vervolgens de niet-gebonden bolletjes met een magneet naar boven te trekken, blijven alleen de aan de bodem gebonden bolletjes over. Om te meten hoeveel dat er zijn, wordt de bodem van onderen met licht beschenen. De hoeveelheid schaduw op de bodem geeft uiteindelijk aan hoeveel troponine er in het bloed aanwezig is.
‘Met de magnetische bolletjes zorgen we er dus voor dat de eiwitten snel worden gebonden. Door de zogeheten ‘spoelstap’, als we de niet-gebonden bolletjes van het oppervlak af trekken, verminderen we de ruis in de metingen. Deze twee stappen zorgen ervoor dat de gevoeligheid van deze detectiemethode veel beter is dan van andere snelle troponine-testen,’ legt Irmscher uit. ‘We kunnen zo stoffen meten in concentraties van 30 miljardsten van een gram per liter.’
Omdat de test werkt met vol bloed, moest er een aantal hordes worden genomen. ‘Uiteindelijk meten we de eiwitconcentratie in het bloedplasma, dus moesten we een filter ontwikkelen dat het plasma scheidt van de rode en witte bloedcellen.’ Dat is niet makkelijk, legt Irmscher uit. ‘Je moet een filter maken dat onder andere bloedcellen tegenhoudt, maar de eiwitten waarin je geïnteresseerd bent wel doorlaat. Dat filter moet niet verstoppen, en het moet voor hele verschillende bloedsamenstellingen werken.’
Het had dan ook geen zin om te werken met modelvloeistoffen, vertelt hij. ‘Wij zijn vanaf het begin gaan werken met vol bloed van heel veel verschillende individuele patiënten. De variatie in hoeveelheden rode bloedcellen tussen verschillende patiënten is enorm. Het was dus een grote uitdaging om een filter te maken dat flexibel genoeg is om al die uitersten aan te kunnen. Binnen NanoNextNL hebben onderzoekers onder andere een theoretisch model ontwikkeld voor dat filter.’
Fundamenteel onderzoek heeft een belangrijke rol gespeeld bij het ontwikkelen van het uiteindelijke product, zegt hij. ‘Zo is er binnen NanoNextNL een proefopstelling ontwikkeld, waarmee we konden kijken wat er precies met de bolletjes gebeurt. We hadden als het ware een dwarsdoorsnede van de kamer met een kijkvenster erin, zodat we de bewegingen van de bolletjes konden volgen. Zo konden we onder meer de optimale concentratie van de bolletjes bepalen. Je moet er genoeg in oplossing brengen om zoveel mogelijk van het eiwit te kunnen binden. Maar als je er teveel instopt, gaan ze elkaar in de weg zitten en kunnen ze niet aan het oppervlak binden om gedetecteerd te worden.’