Jedes Jahr spenden Millionen Menschen Blut und retten so unzählige Leben. Nach Abschluss der Blutspende werden Plasma und weiße Blutkörperchen getrennt und die verbleibende Suspension roter Blutkörperchen ist das in der klinischen Praxis am häufigsten verwendete Bluttransfusionsprodukt. In den meisten Ländern kann es in flüssiger Form bei niedrigen Temperaturen bis zu 42 Tage gelagert werden.
Allerdings unterliegen die roten Blutkörperchen während der Kühllagerung allmählich strukturellen Veränderungen, die Zellmembran wird brüchig und es sammeln sich verschiedene schädliche Metaboliten an, was zu einer Verschlechterung der Blutqualität führt. Daher gelten rote Blutkörperchen in der Regel nach sechs Wochen als nicht mehr für eine Transfusion geeignet. Noch problematischer ist, dass die roten Blutkörperchen verschiedener Blutspender selbst unter den gleichen Lagerbedingungen und der gleichen Zeit unterschiedlich schnell „altern“. Ihre Qualitätsminderung wird von vielen Faktoren wie dem Stoffwechselstatus, dem Lebensstil, dem Gewicht, dem Geschlecht und dem Alter des Spenders beeinflusst und variiert stark. Diese individuellen Unterschiede lassen sich in Krankenhäusern und Blutspendezentren oft nur schwer rechtzeitig erkennen. Der Hauptgrund ist das Fehlen einer Methode zur Blutqualitätsprüfung, die schnell und kostengünstig ist und vor der Transfusion in der klinischen Praxis eingesetzt werden kann.
Forscher der University of Colorado Boulder und des University of Colorado Anschutz Medical Center haben kürzlich ein kompaktes, kostengünstiges und benutzerfreundliches neues Erkennungsgerät entwickelt, in der Hoffnung, eine Lösung für die oben genannten Probleme zu bieten. Das Team geht davon aus, dass dieses Gerät in Zukunft in einen „Chip“ in der Größe einer Münze umgewandelt werden kann, der direkt in ein Smartphone eingeführt werden kann und über die Kamera des Telefons und die unterstützende Anwendung in etwa zwei Minuten Testergebnisse liefert, was eine sofortige Beurteilung am Krankenbett ermöglicht.
Das Funktionsprinzip dieses Chips basiert auf akustischer Mikrofluidik-Technologie. Auf der Oberfläche des Chips sind Elektroden angeordnet. Beim Stromdurchfluss werden auf der obersten Schicht schallwellenähnliche Oberflächenwellen erzeugt, die auf einen kleinen Blutstropfen auf der Oberfläche des Chips einwirken. Unter der Einwirkung akustischer Wellen vibrieren die roten Blutkörperchen und erwärmen sich allmählich, bis die Zellen platzen. Dies entspricht einem „Miniatur-Stresstest“ für rote Blutkörperchen: Je schneller sie platzen, desto zerbrechlicher sind die roten Blutkörperchen und desto schlechter ist die Gesamtqualität des Blutes.
In dem Experiment testeten die Forscher während einer 42-tägigen Lagerung jede Woche Blutproben von mehreren gesunden Blutspendern. Die Ergebnisse zeigen, dass mit zunehmender Lagerzeit die roten Blutkörperchen einiger Spender bei niedrigeren Temperaturen und früheren Zeitpunkten platzen und die Qualität vor Erreichen des offiziellen „Verfallsdatums“ deutlich abgenommen hat. Dies zeigt, dass es nicht ausreicht, sich allein auf eine einheitliche Haltbarkeitsdauer zu verlassen, um den tatsächlichen Zustand jedes Blutbeutels zu einem bestimmten Zeitpunkt genau wiederzugeben.
Um zu bestätigen, ob akustische Vibrationen unerlässlich sind, versuchte das Team auch, den thermischen Bruch roter Blutkörperchen allein durch präzise Temperaturkontrolle zu beobachten und verglich sie zwischen verschiedenen Spendern und verschiedenen Zeitpunkten. Die Studie ergab, dass Erwärmung allein die Unterschiede in den Eigenschaften roter Blutkörperchen zwischen Spendern ohne Überlagerung akustischer Schwingungen nicht wirksam unterscheiden kann. Nach Hinzunahme akustischer Schwingungen lassen sich diese Unterschiede jedoch deutlich darstellen.
Die Forscher stellen fest, dass diese Technik zeigt, dass die Qualität der roten Blutkörperchen sowohl von der Lagerdauer als auch von individuellen biologischen Unterschieden beeinflusst wird. Sobald Blutbeutel von geringerer Qualität vor der Transfusion identifiziert werden können, können Krankenhäuser deren Verwendung so schnell wie möglich priorisieren, wodurch die Nutzung der Blutressourcen verbessert und den Patienten eine bessere Behandlungssicherheit geboten wird. Gleichzeitig soll diese Art von Tests den Ärzten auch dabei helfen, vorherzusagen, wie sich die roten Blutkörperchen des Empfängers nach der Transfusion im Körper verhalten werden, und so Entscheidungen über Bluttransfusionen zu optimieren.
Bis zur breiten Anwendung dieser Methode in Krankenhäusern muss derzeit noch viel Arbeit geleistet werden, darunter weitere Verifizierungen, technische Verbesserungen und die Integration in bestehende Bluttransfusionsprozesse. In Zukunft hofft das Forschungsteam, die Anwendung auf dieser Grundlage zu erweitern, denselben technischen Weg zu nutzen, um mehrere Faktoren zu erkennen, die Blutzellen oder bestimmte Proteinspiegel im Blut beeinflussen, und weitere diagnostische Instrumente für den Behandlungsort zu entwickeln. Die entsprechende Forschungsarbeit wurde in der neuesten Ausgabe der Zeitschrift „Lab on a Chip“ veröffentlicht und der Forschungsbericht wurde von der University of Colorado Boulder veröffentlicht.