BR112012014421B1 - dispositivo para medir resposta de coagulação em uma amostra de sangue - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO PARA MEDIR RESPOSTA DE COAGULAÇÃO EM UMA AMOSTRA DE SANGUE E MÉTODO DE MEDIÇÃO DE RESPOSTA DE COAGULAÇÃO EM UMA AMOSTRA DE SANGUE Um dispositivo, sistema e método são revelados nos quais amostras de sangue de pequeno volume são sujeitas a forças de cisalhamento e estresses de cisalhamento entre duas superfícies planares para as quais trajetórias de movimento linear são transmitidas. A formação de coágulos ou coagulação das amostras é medida conforme o acoplamento mecênico dinâmico que ocorre entre as duas superfícies planares paralelas. A detecção da resposta de coagulação pode ser alcançada através de sondagem óptica ou pela mensuração dos efeitos físicos da ligação da amostra de sangue às superfícies planares, e que restringe o movimento das mesmas.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

Este pedido refere-se a e reivindica prioridade aoPedido Provisório de No de Série U.S. 61/287.780 depositado em 18 de dezembro de 2009, cuja revelação é expressamente incorporada no presente documento em sua totalidade.

CAMPO DA INVENÇÃO

A invenção refere-se a um dispositivo e método que permite rápida avaliação da resposta de coagulação. Mais particularmente, a invenção refere-se a tal dispositivo e método que fornecem informações abrangentes e complexas sobre a resposta de coagulação, incluindo-se a função plaquetária e a polimerização de fibrina, para permitir a seleção de protocolos de tratamento apropriados, em particular para coagulopatias induzidas por trauma, mas também para o diagnóstico de anomalias de coagulação hereditárias ou adquiridas, tais como doença de Von Willebrand ou hemofilias.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

O processo pelo qual o corpo evita perda de sangue é chamado de coagulação. A coagulação envolve a formação de um coágulo de sangue (trombo) que evita perda de sangue adicional dos tecidos, vasos sanguíneos, ou órgãos danificados. Esse é um processo complicado com um sistema celular constituído de células, chamadas plaquetas, que circulam no sangue e servem para formar um tampão plaquetário sobre os vasos danificados, e um segundo sistema baseado nas ações de múltiplas proteínas (chamadas de fatores de coagulação) que agem em conjunto para produzir um coágulo de fibrina. Esses dois sistemas trabalham em conjunto para formar um coágulo, e distúrbios em qualquer um dos sistemas podem produzir distúrbios que causam coagulação em demasia ou coagulação insuficiente.

As plaquetas cumprem três funções primárias: (1) aderência ao vaso sanguíneo lesionado (um fenômeno chamado aderência plaquetária), (2) fixação a outras plaquetas para aumentar o tampão em formação (um fenômeno chamado agregação plaquetária), e (3) fornecimento de suporte para os processos da cascata de coagulação (moléculas na superfície de plaquetas aceleram consideravelmente diversas reações chave).

Quando ocorre um rompimento em um vaso sanguíneo, substâncias que normalmente não estão em contato direto com o fluxo sanguíneo são expostas. Essas substâncias (principalmente colágeno e fator de von Willibrand multimérico fixado) permitem que as plaquetas possam aderir à superfície rompida. Uma vez que uma plaqueta adere à superfície, a mesma libera substâncias químicas que atraem plaquetas adicionais para a área danificada, chamada de agregação plaquetária. Esses dois processos são as primeiras respostas para parar o sangramento. 0 sistema à base de proteína (a cascata de coagulação) serve para estabilizar o tampão que foi formado e selar a ferida ainda mais.

O papel de suporte da plaqueta para a cascata de coagulação é fornecido, em parte, por um dos componentes no lado externo de uma plaqueta, chamados fosfolipídios, que são necessários para muitas das reações na cascata de coagulação. A meta da cascata é formar fibrina, que formará uma malha no interior do agregado plaquetário para estabilizar o coágulo. Todos os fatores têm uma forma inativa e uma forma ativa. Uma vez ativado, o fator servirá para ativar o próximo fator na sequência até que fibrina seja formada. A cascata de coagulação acontece no local de um rompimento em um vaso sanguíneo que tem o agregado plaquetário. A fibrina forma uma malha que, em conjunto com as plaquetas, tampa o rompimento na parede do vaso. A malha de fibrina é então adicionalmente estabilizada por fatores adicionais que reticulam de forma ascendente o coágulo (semelhante à formação de uma rede intricada de filamentos reforçados de fibrina).

No caso de sangramento induzido por trauma, é importante entender muito rapidamente a resposta de coagulação de um indivíduo específico a fim de aplicar terapia apropriada para tratar o sangramento e garantir que o trauma seja tratado de maneira apropriada. Funções plaquetárias defeituosas, tanto primária (adesiva, interação de fator de von Willebrand) quanto secundária (organização e polimerização do polímero de fibrina, função da integrina) são reconhecidas como um contribuinte particularmente importante em sangramento não compressível prolongado. O desenvolvimento de distúrbios homeostáticos em pacientes de trauma, e a progressão associada de estados hemorrágicos e outros estados de choque, podem ser devidos a diferentes fatores e, assim, requerem diferentes terapias.

Atualmente, tromboelastografia (TEG) é o padrão clínico aceito para testar a eficiência de coagulação de sangue total. Para os propósitos dessa revelação, deve-se notar que por "sangue total" indica-se uma mistura de sangue total com uma ou mais substâncias, uma fração de sangue total que contém um ou mais dos constituintes de sangue total, uma fração de sangue total misturada com uma ou mais substâncias não sanguíneas, ou um constituinte sanguíneo purificado, tais como soro ou plaquetas sanguíneos, uma preparação de sangue reconstituído, uma amostra de sangue modificada, ou um substituto sanguíneo.

Um sistema de TEG foi primeiramente desenvolvido na Alemanha em 1948 e tem sido gradualmente aperfeiçoado desde então. Entretanto, seu princípio de operação continua o mesmo.

TEG tradicional requer uma amostra de sangue relativamente grande, isto é, cerca de 0,36 ml em um pequeno copo. Um pino é inserido no sangue e é girado em uma oscilação sinusoidal através de um pequeno ângulo a uma baixa frequência. 0 dispositivo mede o acoplamento de deslocação através de rotação ao longo do tempo. 0 dispositivo não mede aderência plaquetária, apenas polimerização de fibrina, e não permite ativação mecânica da resposta de coagulação através de forças de cisalhamento. Desse modo, as informações obtidas a partir de uma análise de TEG ficam muito aquém do nosso entendimento atual da resposta de coagulação, e requer quantidades excessivas de tempo que poderiam resultar na aplicação de tratamento inapropriado para o trauma, o que leva a resultados adversos para um paciente, possivelmente até morte.

Outro dispositivo geralmente conhecido como o PFA- 100 tenta imitar um vaso sanguíneo ao forçar fluxo sanguíneo através de um canal estreito que leva a um filtro que tem uma abertura no mesmo. O dispositivo mede o tempo que a abertura leva para tampar e é essencialmente indicativo da resposta de função plaquetária que resulta em coagulação. O tempo de fechamento da abertura, indiretamente, fornece uma indicação de coagulação devido à resposta plaquetária. O uso de tais dispositivos como a TEG e o PFA-100 requer manutenção e treinamento de laboratório intensos, e os mesmos não são facilmente usados no campo.

Em conformidade, é desejável fornecer um dispositivo de monitoramento de coagulação portátil para o diagnóstico de coagulopatias relacionadas a trauma no campo, que produz resultados rápidos, incluindo-se informações abrangentes sobre os mecanismos complexos envolvidos na coagulação, a partir de uma pequena amostra de sangue. Mais especificamente, é importante fornecer tal dispositivo que possa ser usado por socorristas sob condições encontradas no campo, que forneça informações em tempo real, que permita tratamento imediato de um evento hemorrágico, em comparação com sistemas e dispositivos da técnica anterior que podiam resultar em atrasos de 4 5 minutos ou mais durante o que é 5 considerado um período de tempo inicial importante para que cuidado crítico seja aplicado e que usam amostras de sangue não anticoagulado que não têm que ser tratadas com ativadores . e iniciadores como substitutos para o verdadeiro processo decoagulação.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Em um aspecto, a invenção refere-se a um dispositivo para medir a resposta de coagulação em uma amostra de sangue não anticoagulado nativa. O dispositivo inclui dois membros ou placas, sendo que cada uma tem 15 superfícies voltadas entre si, e espaçadas uma quantidade suficiente para permitir que uma amostra de sangue relativamente pequena entre em contato com ambas as superfícies ao mesmo tempo sem que haja um espaço de ar entre elas.

As placas são móveis uma em relação à outra em umadireção paralela e linear, e o espaçamento é tal que os componentes sanguíneos podem iniciar coagulação ou aderência • a cada uma das superfícies. Um mecanismo de acionamento é conectado a qualquer um ou ambos os membros para mover de 25 maneira linear um ou o outro um em relação ao outro quando uma amostra de sangue está em contato com as superfícies destes. É fornecido um sistema de sensor de detecção óptico para detectar interação de luz com uma amostra de sangue localizada entre os dois membros, sendo que a interação de 30 luz e a detecção da mesma fornece uma indicação da resposta de coagulação da amostra de sangue. Mais especificamente, com o posicionamento apropriado de detectores e fonte de luz, ao longo do tempo e de acordo com a variação do movimento dos membros para gerar uma taxa de cisalhamento específica, podem ser obtidas informações tanto sobre a resposta plaquetária quanto sobre a resposta de fibrina e outras respostas dos componentes sanguíneos durante a coagulação.

Mais especificamente, o dispositivo permite a medição da resposta de coagulação com base no conhecimento de que a resposta biofísica do sangue depende, em parte, da taxa de cisalhamento relativa entre o sangue e as superfícies com as quais o mesmo está em contato. Mais especificamente, quanto mais alta a taxa de cisalhamento, maior a resposta plaquetária, de modo que as plaquetas então aderem às superfícies das placas e, desse modo, causam a polimerização de fibrina e acoplam a deslocação das duas placas quando apenas uma é acionada pelos motores. Mais especificamente, reconhece-se que, em eventos hemorrágicos, as plaquetas precisam reagir rapidamente para que o uso de uma taxa de cisalhamento alta por um curto período de tempo possa permitir avaliação precisa da resposta plaquetária para essas condições. Depois disso, taxas de cisalhamento mais baixas podem ser empregadas em termos de movimentos relativos das placas ou membros com relação uns aos outros, para obter uma avaliação precisa da resposta de fibrina ou, a uma taxa de cisalhamento intermediária, tanto resposta plaquetária quanto de fibrina.

"Cisalhamento" é definido no presente documento como a força de aceleração sentida por uma partícula no fluxo de fluido de volume móvel (sangue) na interface com o sólido estacionário (face das placas de vidro). A "taxa" de cisalhamento é o diferencial das velocidades sentidas em diferentes aspectos da área transversal da partícula e é dependente da distância da partícula da superfície estacionária.

Em um aspecto preferencial, o primeiro membro e os segundos membros são placas que constituem um cartucho de coleta de amostra de sangue que é removível do dispositivo. No caso em que uma ou mais placas são movidas uma em relação à outra, o dispositivo é programado para mover as placas a velocidades diferentes uma em relação à outra para detectar diferentes mecanismos envolvidos em uma resposta de coagulação de uma amostra de sangue, como previamente discutido em relação ao cisalhamento.

O sistema de detecção óptica é adaptado para detectar ligação da amostra de sangue às superfícies para acoplar a deslocação das placas uma em relação à outra como uma indicação de resposta plaquetária durante a coagulação. Além disso, o sistema pode, ainda, investigar a resposta de fibrina.

Outros recursos e detalhes do dispositivo são descritos na discussão detalhada que se segue, os Anexos do presente documento, e nas reivindicações anexas nas quais a invenção é descrita de maneira não limitadora.

Em um aspecto alternativo é fornecido um método de medição da resposta de coagulação em amostra de sangue. Uma gota de sangue para amostra é colocada entre e em contato com superfícies dianteiras de placas dispostas de maneira oposta. Pelo menos uma ou ambas as placas são movidas de maneira linear uma em relação à outra, a uma velocidade pré- determinada. A resposta de coagulação da gota é opticamente detectada.

Para detectar dois tipos diferentes de resposta de coagulação, as placas podem ser movidas uma em relação à outra a uma primeira velocidade e uma resposta opticamente detectada, e depois disso movidas a uma segunda velocidade que é mais lenta que a primeira velocidade e uma segunda resposta opticamente detectada, tipicamente polimerização de f ibrina. Além disso, no caso em que apenas uma placa é movida, deve-se observar que a resposta viscoelástica da amostra de sangue nas superfícies de ambas as placas pode causar o movimento da primeira placa para induzir o movimento da segunda placa ("deslocação acoplada"), que pode ser medido como indicativo de resposta viscoelástica do sangue, que finalmente leva a conclusões que podem ser inferidas em relação à resposta de coagulação. Além disso, pelo movimento das placas a velocidades diferentes ao longo do tempo, é possível medir alterações no estado viscoelástico da amostra de sangue enquanto um coágulo é formado, o que também é indicativo da resposta de coagulação.

A detecção óptica pode ser feita pela transmissão de luz para o interior da gota para amostra, e pela detecção de pelo menos uma dentre transmissão, reflexão e refração da luz através da gota para amostra em detectores de luz respectivos. Sinais analógicos podem ser gerados a partir da detecção representativa das propriedades de coagulação do sangue na gota para amostra. As placas são, preferivelmente, feitas de vidro, mais especificamente vidro transparente, para permitir transmissão de luz de 90% ou mais da intensidade da luz incidente.

Essas e outras vantagens e recursos que caracterizam a invenção são apresentados nas reivindicações anexadas ao presente documento e que formam uma parte adicional do mesmo. Entretanto, para um melhor entendimento da invenção, e das vantagens e objetivos alcançados através do seu uso, deve-se referir aos Desenhos, e ao conteúdo descritivo anexo, incluindo-se os Anexos I, II, III, e IV que estão especificamente incorporados em sua totalidade no presente documento a título de referência, nos quais são descritas modalidades exemplificativas da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 é um diagrama esquemático que ilustra vários componentes que constituem o dispositivo e sistema de acordo com a invenção.

A Figura 2 é um diagrama esquemático de um cassete de amostra no qual uma gota para amostra pode ser carregada, e que pode ser empregado em uma modalidade exemplificativa do monitor de coagulação portátil de acordo com a invenção, por exemplo, como mostrado na Figura 1.

A Figura 3 é um diagrama esquemático que ilustra o movimento relativo de duas placas em contato com sangue para causar cisalhamento e iniciar resposta de coagulação.

A Figura 4 é uma vista em perspectiva de uma modalidade do dispositivo da invenção.

A Figura 5 é uma vista explodida de uma modalidade do dispositivo da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A Figura 1 ilustra, de forma esquemática, um monitor de coagulação portátil exemplificativo ou dispositivo de análise 11 para diagnóstico de trauma ou outras coagulopatias relacionadas nas quais é importante analisar a resposta de coagulação para otimizar o tratamento, por exemplo, em situações de campo críticas em que a primeira hora é crítica em termos de evitar eventos debilitantes a longo prazo ou até mesmo morte.

O dispositivo é alojado em um alojamento resistente a impacto 13 que tem todos os componentes alojados no mesmo de uma maneira convencional.

Pelo menos um e de preferência um par de motores atuadores de bobina de voz lineares 15 e 17 são fornecidos para acionar o movimento de placas de amostra em um cassete para amostra de sangue removível que é ilustrado em maiores detalhes na Figura 2. Embora os motores 15 e 17 e cassete para amostra de sangue removível 19 tenham sido descritos resumidamente, os componentes restantes são discutidos geralmente em referência aos desenhos de uma maneira anti- horária que começa com a porta de cartão de dados 21 no canto superior esquerdo do dispositivo.

A porta de cartão de dados 21 é útil para receber um cartão FD ou qualquer módulo de memória, que inclui dados no módulo para calibrar o dispositivo 11, e/ou para remover dados do dispositivo 11 para entrada em outro sistema no qual os dados podem ser analisados. Uma porta USB 23 permite interface direta com um computador, por exemplo, sob o controle de um médico para uma análise mais complexa.

O microcontrolador 25 opera com a EEPROM 26 e manipula dados a partir da porta USB e a partir da porta de cartão de dados 21 e pode fornecer controle para uma interface de usuário (não mostrada) tal como monitor de LCD que fornece inicialmente dados e análises adquiridos no mesmo para um usuário que usa o dispositivo. Motores atuadores de bobina de voz lineares 15 e 17, e o cassete para amostra de sangue removível 19 foram descritos resumidamente e serão discutidos em maiores detalhes a seguir.

É fornecido, ainda, um enlace sem fio 27, tal como para transmissão de dados no espectro RF ou IR, que fornece um meio adicional para comunicar dados e programar para e a partir do dispositivo. Sensores de deslocamento ópticos 29 e 31 detectam onde os motores atuadores de bobina de voz lineares 15 e 17 estão localizados e controlam os limites de movimento dos mesmos. O módulo sintetizador digital 33 serve para controlar a operação dos motores 15 e 17 através de acionadores de motor 35 pela geração das formas de onda necessárias para acionar os motores atuadores de bobina de voz 15 e 17.

O módulo ADC 37 é um conversor analógico/digital que obtém dados a partir das medições ópticas e físicas conduzidas em uma amostra no cassete sanguíneo removível 19, converte os dados para formato digital e supre-os ao microcontrolador 39 que administra os dados obtidos para fornecer resultados úteis a um usuário do dispositivo.

Um acelerômetro de 3 eixos 41 é um dispositivo convencional que considera vibrações e efeitos externos no dispositivo 11, e serve para cancelar os efeitos dessas vibrações em quaisquer dados coletados como um resultado de análise de uma amostra.

O cassete para amostra de sangue removível 19 é mostrado na Figura 2 de forma esquemática e inclui uma placa de amostra superior 101 e uma placa de amostra inferior 103 entre as quais pode ser depositada uma gota de sangue para amostra. São fornecidas articulações 105 para os motores atuadores de bobina de voz no dispositivo, que são conectadas a um mecanismo compatível linear superior 107 e um mecanismo compatível linear inferior 109 que servem para acionar o movimento das placas superiores e inferiores, respectivamente. Sensores ópticos 111 são fornecidos em posição em relação às placas de amostra para detectar luz projetada a partir de, por exemplo, um laser ou outra fonte de luz (não mostrada) , através e no interior de uma amostra entre as placas. A luz pode então ser detectada como luz transmitida através da amostra, refletida, refracionada ou de outra maneira modificada na trajetória através da amostra, e detectada por sensores ópticos 111 para obter informações sobre as propriedades de coagulação da amostra de sangue.

Um enlace de potência elétrica 113 serve para conexão com um suprimento de potência elétrica tais como, por exemplo, baterias ou outra forma de potência elétrica. Um enlace de dados 115 também pode ser fornecido para permitir que dados coletados da amostra e armazenados em uma EEPROM 117 sejam baixados do dispositivo. Nesse contexto, será observado por aqueles de habilidade comum na técnica que, quando o cassete 19 é recebido no dispositivo 11, o enlace de dados 115 e a EEPROM 117 podem ser conectados à vários componentes eletrônicos no interior do dispositivo 11 para ter dados carregados e baixados no/do mesmo.

Como também pode ser observado por aqueles de habilidade comum na técnica, a Figura 3 ilustra, ainda, a operação do dispositivo de acordo com a invenção e com placas paralelas, tipicamente que têm um pequeno vão de cerca de 50 a cerca de 250μm entre as placas paralelas. As mesmas deslizam uma através da outra com velocidade controlada para criar um estresse de cisalhamento entre as placas que é representado por T = μV/D, em que T equivale à estresse de cisalhamento, μ = viscosidade, V = VI + V2, em que V é igual à velocidade linear relativa das placas, e D = vão entre as placas.

A Figura 4 ilustra, ainda, em vista de conjunto, um dispositivo 11 de acordo com a invenção que mostra vários componentes do mesmo. Como é possível observar a partir da Figura 4, o dispositivo tem um tamanho de bolso, de preferência com dimensões globais similares a um iPhone, de cerca de 12 cm por cerca de 6 cm por cerca de 2 cm. O dispositivo 11 é reforçado com um acelerômetro interno que compensa os impactos e vibração. Como projetado, é versátil e pode medir coagulação de plaqueta e fibrina sobre uma ampla extensão dinâmica de cisalhamento. Ainda adicionalmente, o dispositivo 11 pode operar com potência elétrica de cubo USB como dispositivo periférico com componentes que são prontamente fabricados e montados. Tipicamente, a resolução biofísica é menor que cerca de 2μ de deslocamento, e o dispositivo 11 permite uma extensão ampla de estresses de cisalhamento e acesso óptico completo.Como ilustrado adicionalmente na vista explodida daFigura 5, o dispositivo 11 é feito, de preferência, de um alojamento usinado por CNC monolítico, de materiais tais como Acetal, 6A1 - 4V Ti, 2024 Al. Uma janela de amostra de fundo 203 coopera com uma janela de amostra de topo 205 e as mesmas são movidas por braços de sensor de deslocamento 207. Um mecanismo de quatro barras compatível monolítico 209 feito tipicamente de alumínio é associado com os braços de sensor de deslocamento 207. Conjuntos de motor 211, tipicamente um conjunto de bobina de motor VCA, serve para mover os vários componentes e é associado com um conjunto de ímã 213, tipicamente feito de terra rara. Arranjos de sensor óptico 215 servem para interrogar e medir a resposta de coagulação. Os arranjos de sensor 215 são tipicamente arranjos de sensor de deslocamento diferencial de infravermelho.

De preferência, no dispositivo, a primeira e segunda superfícies das placas 101 e 103 foram revestidas, pelo menos, com texturas, substâncias ou outros materiais para induzir, retardar, ou de outra maneira modificar o processo de coagulação de modo a selecionar para ou contra aspectos específicos e coagulação da amostra para propósitos diagnósticos ou outros. Modificação das superfícies pode incluir aquelas que intensificam ativação ou reatividade de ligação de proteína sanguínea ou plaquetária. De maneira similar, tal modificação pode reduzir a reatividade de ligação de proteína sanguínea ou plaquetária, ou a ativação, como se tornará mais claramente evidente a partir da seguinte discussão detalhada de tais tratamentos ou revestimentos.

O dispositivo é capaz de analisar a reologia sanguínea e a coagulação de sangue total fresco ou alguma fração do mesmo sem a necessidade de adicionar reagentes externos, tais como fator tecidual, caulim, iniciador, citrato e outros. Tais substâncias e outras podem, de maneira eletiva, ser adicionadas por razões analíticas detalhadas, mas na modalidade mais desejada do dispositivo, as mesmas nãosão necessárias.

De acordo com a montagem, o dispositivo 11, é configurado para medir em tempo real, ou com mínimo atraso, o equilíbrio dinâmico entre a situação hemostática pró e antitrombótica por amostras sequenciais da mesma pessoa ou animal. Em um aspecto mais preferencial, os motores 15 e 17 são motores atuadores de bobina de voz lineares, mas podem ser qualquer outro tipo de dispositivo capaz de acionar movimento linear.

Em uma modalidade, a detecção de coagulação é feita de maneira óptica pela medição da interação mecânica entre a primeira e segunda superfícies das placas 101 e 103 que resulta das alterações na viscosidade do fluido de amostra e ligação às superfícies da placa. Em um aspecto preferencial, os movimentos relativos entre as duas placas 101 e 103 são controlados para gerar formas de onda selecionadas arbitrariamente para induzir taxas de cisalhamento de fluido desejadas a amplitudes, frequência, duração, e sequência selecionadas, de modo que o dispositivo seja habilitado para emular cisalhamento de fluido como desejado sobre uma extensão bastante ampla, de DC (cisalhamento zero) a taxas de cisalhamento que causariam cavitação fluida e subsequente destruição dos componentes celulares da amostra, e continuamente incluir todos os pontos no espectro de taxa de cisalhamento entre esses dois pontos.

Mais especificamente, a taxa de cisalhamento é controlada em uma sequência de valores para gerar protocolos específicos ou paradigmas de movimento de placa para diagnóstico específico ou objetivos analíticos, tais como iniciação rápida de coagulação primária ou avaliação viscoelástica não destrutiva de coagulação precoce, em fase intermediária, ou em fase tardia, emulação de protocolos de taxa de cisalhamento clinicamente aceitos ou de outra maneira reconhecidos para comparação com outros dispositivos comerciais ou experimentais, ou teste de validação em contraste com padrões conhecidos. Embora luz possa ser usada para detecção óptica, é evidente que o completo espectro eletromagnético de ondas pode ser usado para gerar sinais analógicos representativos das propriedades de coagulação da gota para amostra tanto para mecanismos de coagulação primária quanto secundária.

Deve-se notar que quando o termo "amostra de sangue" é usado no presente documento, o mesmo é destinado a significar sangue total, uma mistura de sangue total com uma ou mais substâncias, uma fração de sangue total que contém um ou mais dos constituintes de sangue total, uma fração de sangue total misturada como uma ou mais substâncias não sanguíneas, ou um constituinte sanguíneo purificado, tais como soro ou plaquetas sanguíneos, uma preparação de sangue reconstituído, uma amostra de sangue modificada, ou um substituto sanguíneo.

Em uma modalidade específica, cassetes de amostra intercambiáveis 19 podem ser empregados, sendo que cada um serve uma função analítica, de manutenção ou de calibração diferente. Um cassete 19 pode ser para validação e calibração do dispositivo 11. Alternativamente, tal cassete descartável e substituível 19 pode servir para calibrar o dispositivo 11, receber a amostra de sangue, guardar a amostra de sangue, permitir diferentes geometrias de câmara de amostra para diferentes protocolos de teste, manter a amostra em condições viáveis durante um teste, servir para remoção segura da amostra para armazenagem tal como congelamento, criodessecação, etc., ou para descarte de amostra sem exposição à amostra de sangue. Em uma modalidade, o cassete 19 permite a coleta da amostra de sangue por meio de ação capilar simples, eliminando a necessidade do uso dedispositivos contadores e de extração de amostra.

Como será observado por aqueles de habilidade comum na técnica, os cassetes 19 podem ser fabricados para diferentes testes e aplicações com diferentes espaçamentos de placa de amostra, diferentes propriedades químicas e ópticas de superfície, e variações similares para teste de validação e análise.

O cassete 19 pode conter eletrônica de interrogação óptica que permite a detecção do estado, tipo, pH, oxigenação, metabólitos e toxinas do sangue, ou outras medidas detectáveis por meios ópticos. O dispositivo 11 é tal que através de sua eletrônica o mesmo pode ser interligado com outros sistemas de laboratório tais como microscópios, etc. As placas 101 e 103 são, de preferência, opticamente claras para permitir que sinais ópticos passem através da amostra de sangue permitindo visualização óptica direta de uma porção ou toda a amostra de sangue entre as superfícies planares. Isso permite a transmissão, reflexão, reflexão interna, absorção seletiva, polarização ou rotação óptica, reflexão interna frustrada (parcial ou total), e condução de feixes de laser ou outras superfícies de luz.

Como já foi notado, o cassete 19 pode conter um dispositivo de armazenagem de memória permanente não volátil tal como a EEPROM 117, para conter dados iniciais que identificam o cassete, lote, data de fabricação, e detalhes de construção, bem como para permitir a armazenagem de dados chave tais como informações de identificação de amostra definidas pelo usuário, tempo de iniciação do teste, duração do teste, e resultados e dados de saída de teste especificados, a serem permanentemente armazenados com cada amostra até que seja destruída.

Os cassetes 19 podem conter fluidos adicionais ou outros materiais tais como aditivos, conservantes, agentes de vedação ou barreira, e outros agentes similares que podem ser adicionados à ou depositados no topo da amostra de sangue antes, durante, ou após o teste. Em uma modalidade não especificamente mostrada nos desenhos, ao invés de deslocação linear, deslocação rotativa pode ser usada para induzir cisalhamento além de ou como um substituto para o deslocamento linear discutido anteriormente.

Como interpretado, o dispositivo 11 é capaz de distribuir cisalhamento mecânico para a amostra de sangue sobre uma extensão dinâmica ampla de oscilações mecânicas, que inclui 0,0001 Hz a 1.000 Hz, pelo emprego de um sintetizador digital 33 anteriormente revelado, tipicamente um sintetizador de canal duplo, com a habilidade de gerar formas de onda periódicas regulares tais como ondas de seno, ondas triangulares, onda quadradas de ciclo de funcionamento, frequência, e amplitude variáveis, além da habilidade de gerar formas de onda arbitrárias com alterações rápidas em todos os parâmetros, tais como velocidade de varrimento, amplitude, etc., ou que podem, ainda, manter firmes (DC) deslocamentos mecânicos de uma ou ambas as superfícies planares. Os motores 15 e 17 podem ser acionados por acionadores 35 de uma maneira em que um ou ambos os mecanismos de acionamento são acoplados com os motores 15 e 17, e podem ser empregados simultaneamente para efetuar deslocação linear, ou em que qualquer um dos dois pode ser empregado individualmente ou em conjunto com o outro mecanismo que serve como um sensor de precisão para deslocamento mecânico. Em tal sistema, recursos mecânicos são incorporados tais como 4 barras de mecanismos compatíveis monolíticos de multibarras, para eliminar histerese mecânica pelo uso de superfícies de mancai onduladas ou corrediças além daquelas associadas com a amostra de sangue em si.

O software de redução e análise de dados pode ser incorporado no interior da eletrônica do dispositivo para permitir que os parâmetros de coagulação do sangue medidos resultantes sejam armazenados para posterior recuperação, transferidos para um computador ou outro dispositivo para exibição, armazenagem ou análise, exibidos graficamente, exibidos em formato numérico com unidades físicas, ou exibidos em formato icônico ou simbólico para indicar um diagnóstico, indicação clínica, ou alteração paramétrica de significado clínico específico. O software permitirá que os dados resultantes sejam representados de tal maneira que permita que o usuário compare os resultados diretamente com resultados similares ou análogos que seriam esperados de outros dispositivos com funções similares, ou para exibir os dados de tal maneira que faça comparação com valores ou extensões padrões aceitos para parâmetros de coagulação aceitos. Nesse contexto, nota-se que uma interface de usuário (não mostrada) é implantada com o dispositivo tal como uma interface de usuário de LCD.

O dispositivo 11 emprega protocolos de movimento de placas 101 e 103 acoplados com o software de redução e análise de dados para habilitar a avaliação direta, por exemplo, da função plaquetária, função da cascata de coagulação, reologia de glóbulo vermelho (RBC), agregação de RBC, os efeitos de agentes pro ou anticoagulação, fibrinólise, e outras características de coagulação sanguínea. O dispositivo 11, com requisitos de usuário e interfaces de usuário apropriados, pode ser classificado como "simples" (classificação segunda a CLIA "abandonada") para permitir o uso doméstico e por usuários não qualificados. O cassete descartável é configurado para coletar e guardar a amostra de sangue através de simples coleta não qualificada da amostra de fluido sem requerer o uso de qualquer pipeta de medição, seringa, ou outro dispositivo de medição para coletade amostra de sangue. O cassete 19 permite manuseio, armazenagem, recuperação, e descarte seguros da amostra de sangue coletada e pode ser fabricado para permitir ajuste da área de superfície e espaçamento entre as placas para permitir o uso de volumes muito pequenos de sangue, tipicamente na ordem de menos que cerca de 1 ml.

O dispositivo 11 e o cassete 19 permitem inspeção microscópica óptica da maior parte ou todo o volume de amostra antes, durante, ou após análise coagulométrica, pelo uso tanto de disposições microscópicas invertidas quanto padrões. O dispositivo 11 pode ser empregado para diagnosticar e quantificar doenças e desordens de coagulação sanguínea que incluem, mas não se limitam a, condições congênitas, induzidas e adquiridas tais como coagulopatias induzidas por trauma (TIC), Doença de von Willebrand (vWD), consumo de fator de coagulação, consumo plaquetário, trombastenia, exaustão metabólica plaquetária, hemodilução, superativação de proteína C, S, e vias fibrinolíticas, reologia de RBC alterado, e terapêutica de modulação de coagulação administrada impropriamente, e outras doenças e condições de coagulação sanguínea.

Ainda adicionalmente, o dispositivo 11 pode rapidamente avaliar coagulopatias no campo em um período de tempo menor que 15 minutos, e de preferência menor que 4 minutos, no local de uma lesão ou trauma, durante transporte, ou em qualquer outro tempo durante o curso do resgate, primeira resposta, tratamento, intervenção cirúrgica, ou recuperação. Uso de tecnologia de retroalimentação e alimentação serve para estabilizar a amostra de sangue para resistir aos efeitos de choque do impacto, vibração, e ruído mecânico externo. Pode-se efetuar o teste do curso de tempo de alterações tanto na coagulação primária quanto secundária durante a fase inicial da resposta médica ao trauma e perda sanguínea. De maneira similar, pode-se realizar teste intracirúrgico de coagulação primária e secundária, e de alterações a esses mecanismos durante o curso da cirurgia.

O dispositivo 11 pode ser usado para triagem in- vitro rápida de compostos bioativos destinados a afetar os mecanismos de coagulação primária ou secundária. 0 dispositivo pode ser usado, ainda, para orientação de tratamento clínico de doenças dos mecanismos de coagulação primária ou secundária.

De maneira similar, o dispositivo 11 e o cassete 19 podem ser modificados para uso na medição das propriedades reológicas de outras substâncias corporais de interesse clínico e de pesquisa, tal como muco pulmonar, para o estudo e orientação clínica do tratamento de fibrose cística, por exemplo, sendo que tais aplicações requerem um cassete especialmente projetado (descartável) e firmware e protocolos de teste especializados, ou para uso no estudo de fluidos novos e inovadores com reologia variável.

O dispositivo 11 emprega meios optoeletrônicos e sem fio para permitir que mais que um dispositivo seja empregado simultaneamente, ou com múltiplas amostras, cada um com tempos de iniciação de teste diferentes e durações de teste diferentes ou protocolos de câmara de teste de amostra diferentes, para fornecer uma série rica de dados de coagulação para um computador central ou coleta de dados e dispositivo de exibição. Isso permite que muitas amostras possam ser monitoradas simultaneamente para rastrear alterações dinâmicas no estado de coagulação do sangue de um indivíduo durante cirurgia ou recuperação, ou durante transporte ou tratamento no campo.

Como discutido anteriormente, determinadas modalidades da invenção podem assumir a forma de adicionar revestimentos para as placas 101 e 105, tipicamente placas de vidro, nas superfícies que entram em contato com a amostra de sangue. Esses revestimentos podem ser de um caráter para promover aderência e ativação plaquetárias, tal como colágeno, mais especificamente colágeno tipo IV, de origem humana ou bovina. Do mesmo modo, o revestimento pode ser derivado da matriz extracelular (ECM) de fibroblastos cultivados, ou de endotélio cultivado, ou derivado do tecido subendotelial natural de vasos sanguíneos vivos de origem humana ou animal. Componentes moleculares particulares da matriz, tais como vitronectina ou fibronectina, podem constituir o revestimento ou ser um recurso enriquecido da matriz para intensificar as propriedades de aderência. 0 revestimento pode ser, ainda, de uma natureza sintética para promover aderência e/ou ativação plaquetárias, tais como poliamidas ou poliglucosaminas, mais especificamente β-N- acetil poliglucosamina de origem natural ou sintética. Outras modalidades podem incorporar revestimentos nas placas 101 e 105 para modular função plaquetária, tais como materiais capazes de liberar ativadores de função plaquetária, ou seja, adenosina difosfato ou epinefrina, ou inibidores de função plaquetária tais como prostaglandinas, ou seja, prostaciclina ou prostaglandina E-l.

Outra modalidade da invenção pode tomar a forma de adição de revestimentos para as placas 101 e 105 que promovem, iniciam, ou modulam o processo de coagulação e polimerização de fibrina. Esses revestimentos podem tomar a forma de materiais capazes de liberar sílica micronizada, ou caulim, ou fator tecidual (natural ou recombinante) , ou tais outros agentes que são conhecidos para promover etapas na cascata de coagulação. Os revestimentos podem ser, ainda, de uma natureza para reverter anticoagulantes que possam estar presentes na amostra de sangue, tal como um material capaz de liberar a enzima heparinase para remover heparina, ou cálcio mineralizado para reverter citrato. Esses revestimentos podem ser preferenciais para teste de sangue de pacientes que não têm contagem plaquetária suficiente ou funcionam para serem capazes de iniciar coagulação pelo mecanismo de ativação plaquetária induzido por cisalhamento. Para a mesma razão, os revestimentos podem incorporar uma fonte de fosfolipídios, de origem natural ou sintética, ou conter tromboplastinas parciais ou totais para imitar os agentes usados em testes de coagulação clínica padrões tais como o tempo de protrombina (PT) ou tempo de tromboplastina parcial (PTT).

Em ainda outra modalidade da invenção, podem ser adicionados às placas revestimentos que inibem ou modulam ou revertem os efeitos de hiperfibrinólise na amostra de sangue, tais como materiais capazes de liberar ácido épsilon aminocaproico (EACA), ou ácido tranexâmico, ou aprotinina, ou outros compostos de antiplasmina ou substâncias químicas que afetam a ação da enzima plasmina. Esses revestimentos podem ser preferenciais para testar o sangue de pacientes em um estado severo de hiperfibrinólise que ofusca a habilidade de extrair outras informações úteis nos componentes do sistema de hemostasia/coagulação na amostra (e, desse modo, o paciente) a menos que os efeitos imediatos da plasmina no sistema de teste seja ablacionado. Do mesmo modo, os revestimentos podem conter compostos de tamponamento de natureza acídica ou básica para ajustar o pH da amostra de sangue para o nível ótimo desejado de entre pH 7,2 a 7,4 ou outros níveis especificados, para evitar perda de informações quando a amostra é excessivamente acidótica ou básica devido a condições severas no paciente. Esses compostos de tamponamento podem tomar a forma de aminoácidos ou sais liberados ou outros compostos solúveis poliméricos zwiteriônicos biocompatíveis com sangue para o propósito de produção e manutenção do pH desejado.

Esses e outros revestimentos a serem adicionados às placas 101 e 105 da presente invenção geralmente não alteram a geometria do espaço da amostra de sangue entre as placas 101 e 105, ou o movimento e controle das placas 101 e 105 pelo mecanismo motorizado, além da capacidade do sistema de ser ajustado para manter o vão requerido dentro das especificações. Por essa razão, os métodos preferenciais de fabricação desses revestimentos nas placas de vidro podem incluir uso de deposição e carga eletrostática dos materiais desejados diretamente em contato com os membros de vidro, ou pelo depósito de hidrogéis moleculares finos e emulsões condutoras que contêm os agentes desejados em um formato liberável adequado para ativação imediatamente quando contatados pela amostra de sangue.

Os revestimentos especificados podem ser constituídos de agentes únicos para um propósito único, ou pode ser uma mistura de combinação de diversos ou mais dentre os revestimentos especificados para propósitos de apoio múltiplos. Uma modalidade pode compreender ter diferentes revestimentos nas duas superfícies, um de um tipo e o outro de um tipo diferente ou a diferentes densidades ou modificação do revestimento similar no membro oposto. Em uma modalidade adicional, um ou mais revestimentos podem ser aplicados a densidades distintas ou concentração em áreas distintas de uma ou ambas as superfícies, ou com gradientes de densidade de revestimento linear, radial, ou outra em uma ou ambas as superfícies. 0 padrão ou gradiente para cada tipo de revestimento pode diferir daquele de outros tratamentos de revestimento de superfície nas mesmas superfícies ou em superfícies opostas. Embora em uma modalidade exemplificativa as superfícies sejam de vidro, as mesmas podem ser de qualquer outro material capaz de aceitar os revestimentos nas mesmas, e de funcionar na maneira pretendida, como será evidente para aqueles de habilidade comum.

Embora a presente invenção tenha sido ilustrada por uma descrição de várias modalidades e embora essas modalidades tenham sido descritas em detalhe considerável, 5 não é a intenção dos Requerentes restringir, ou de nenhuma maneira limitar o escopo das reivindicações anexas a tal detalhe. A invenção em seus aspectos mais amplos não é, portanto, limitada aos detalhes específicos, dispositivos e métodos representativos, e ao exemplo ilustrativo mostrado e 10 descrito. Em conformidade, podem ser feitas modificações a tais detalhes sem que se desvie do espírito ou escopo do conceito inventivo geral dos Requerentes de monitorar a função hemostática global em um dispositivo portátil que emprega ativação de plaquetas induzida por cisalhamento e o 15 espectro total da resposta de coagulação sanguínea.

Claims (15)

1. DISPOSITIVO PARA MEDIR RESPOSTA DE COAGULAÇÃO EM UMA AMOSTRA DE SANGUE, caracterizado por compreender: um primeiro membro que tem uma primeira superfície, e um segundo membro que tem uma segunda superfície, sendo que o dito primeiro membro é posicionado para ter a dita primeira superfície voltada para a dita segunda superfície do dito segundo membro, e espaçadas uma quantidade suficiente para permitir que uma gota de sangue para amostra entre em contato com a dita primeira superfície e a dita segunda superfície e inicie coagulação, e sendo que os ditos primeiro membro e segundo membro são móveis de maneira linear um em relação ao outro; um mecanismo de acionamento conectado a pelo menos um dentre o dito primeiro membro e o dito segundo membro para mover de maneira linear o dito primeiro membro e o dito segundo membro um em relação ao outro de maneira paralela quando uma amostra de sangue está em contato com a dita primeira superfície e a dita segunda superfície; e um sistema de sensor de detecção óptica para detectar, através da medição da interação mecânica entre a primeira e segunda superfícies que resulta de alterações na viscosidade da amostra de sangue e ligação às superfícies da placa, como uma indicação de resposta de coagulação da dita amostra de sangue.

2. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos ditos primeiro membro e segundo membro constituirem um cartucho de coleta de amostra de sangue que é removível do dito dispositivo.

3. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo dito cartucho de coleta de amostra de sangue compreender, ainda, um dispositivo de memória no dito cartucho para armazenar dados relativos a uma amostra de sangue testada.

4. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo mecanismo de acionamento ser programado para mover o primeiro membro e o segundo membro a velocidades diferentes um em relação ao outro para detectar diferentes mecanismos envolvidos em uma resposta de coagulação de uma amostra de sangue.

5. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo dito sistema de sensor de detecção óptica ser adaptado para detectar ligação da amostra de sangue à primeira superfície e à segunda superfície como uma indicação de resposta plaquetária durante a coagulação.

6. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas ditas primeira e segunda superfícies (1 e 2) terem pelo menos uma que é tratada para induzir, retardar, ou modificar o processo de coagulação para selecionar a favor de ou contra aspectos específicos de coagulação da amostra outros propósitos.

7. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo dito tratamento das superfícies intensificar a ligação, reatividade, ou ativação da proteína sanguínea ou plaquetária.

8. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo dito tratamento das superfícies reduzir a ligação, reatividade, ou ativação da proteína sanguínea ou plaquetária.

9. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser configurado para analisar reologia sanguínea e coagulação de sangue total fresco ou alguma fração do mesmo sem adição de reagentes externos.

10. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser configurado para medir sem nenhum atraso funcional o equilíbrio dinâmico entre a situação hemostática pró e antitrombótica por amostras sequenciais da mesma pessoa ou animal.

11. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender, ainda, pelo menos um microcontrolador para controlar a operação dos ditos mecanismo de acionamento e sistema de sensor de detecção óptico.

12. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender, ainda, pelo menos um sensor de deslocamento para detectar e controlar a quantidade de movimento relativo entre o dito primeiro membro e o dito segundo membro.

13. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender, ainda, um módulo de interface de conexão para conexão e comunicação entre o dispositivo e um sistema externo.

14. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo dito mecanismo de acionamento compreender um dispositivo capaz de acionar deslocação linear.

15. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender, ainda, um conversor analógico/digital conectado ao sistema de sensor de detecção óptico para converter sinais analógicos indicativos de resposta de coagulação de uma amostra de sangue em sinais digitais para armazenagem no mesmo.

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