Glasvezelkabels kunnen data met de snelheid van het licht transporteren en liggen tegenwoordig bijna in elk huis. Ze worden met name gebruikt voor het leveren van supersnelle, breedband, internetverbindingen. Twee wetenschappers hebben met hun team onderzoek gedaan naar het gebruik van glasvezeltechnologie om patiënten te controleren op complicaties na een traumatisch hersenletsel. Middels laboratoriumtests toonden zij aan dat met behulp van speciaal geprepareerde glasvezelkabels zes biomarkers, die informatie leveren over de gezondheid van de hersenen, tegelijkertijd kunnen worden gemonitord.
Patiënten kunnen na een traumatisch hersenletsel, zoals een hersenschudding, last krijgen van secundaire schade aan de hersenen. Schade die ontstaat door zwelling in de hersenen. Biomarkers in bloed of ruggenmergvloeistof kunnen zorgprofessionals voorzien van informatie over de gezondheid van de hersenen. Echter, de meeste bestaande methoden voor het monitoren daarvan hebben moeite om meerdere biomarkers tegelijkertijd te monitoren.
Glasvezeltechnologie
Het team van wetenschappers, geleid door Yuqian Zhang en Ali Yetisen, ontwikkelden een monitoringsysteem dat gebruik maakt van glasvezeltechnologie waarmee tegelijkertijd zes belangrijke biomarkers voor de gezondheid van de hersenen continu worden gecontroleerd: temperatuur, pH en concentraties van opgeloste zuurstof, glucose, natrium- en calciumionen.
Hiervoor werden zes glasvezelkabels, elk specifiek voor een van de zes biomarkers, voorzien van fluorescerende uiteinden. Een speciale multi-golflengte laser werd door de vezels geschenen en gebruikt om de analyten te controleren. Wanneer een doelanalyt reageerde met een fluorescerende tip, werd die verandering in helderheid geregistreerd door een computer.
Succesvol experiment met dierenhersenen
Vervolgens werden de zes vezels, samen met een extra vezel om de meting van het calciumsignaal te versterken, opgenomen in een 2,5 millimeter dikke katheter. Zo werd een cerebrospinaal vloeistofdetectiesysteem gecreëerd. Met behulp van machine-learning algoritmes werden de fluorescentiesignalen vervolgens van elkaar gescheiden, waardoor elke biomarker eenvoudig kon worden afgelezen. Het katheter detectiesysteem slaagde er met succes in de zes biomarkers te monitoren. Hiervoor werd in een lab een experiment met dierenhersenen uitgevoerd die waren ontworpen om de omstandigheden van de menselijke hersenen na een traumatisch letsel na te bootsen.
Aan het eind van het experiment werden de cerebrospinale vloeistofmonsters verzameld van gezonde menselijke deelnemers en werden de biomarkers die van belang zijn voor de gezondheid van de hersenen toegevoegd. Het detectiesysteem bepaalde nauwkeurig de pH, temperatuur en het opgeloste zuurstofniveau in deze monsters en identificeerde veranderingen in de concentraties van de ionen en glucose.
Secundair hersenletsel eerder ontdekken
Volgens de onderzoekers toont hun werk aan dat hun glasvezelsysteem kan detecteren wanneer secundaire schade aan de hersenen dreigt te ontstaan en dat het systeem zorgprofessionals zou kunnen helpen bij het bewaken van complicaties van deze traumatische verwondingen bij patiënten.
De meerwaarde van het gebruik van biotechnologie bij het opsporen van traumatisch hersenletsel was vorig jaar onderwerp van de Internationale studentencompetitie SensUs, georganiseerd door een gelijknamig studententeam van de TU Eindhoven. Studenten ontwikkelden toen een biosensor die de concentratie van het zure gliale fibrillaire eiwit (GFAP) in bloedplasma meet. Binnen enkele uren na het hoofdtrauma neemt de concentratie van dit eiwit zeer snel en sterk toe. Aan de hand daarvan kan hersenletsel worden vastgesteld.
