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Urintestverfahren für Ureterolithiasis entwickelt

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Ureterolithiasis (Nephrolithiasis oder Nierensteine) ist eine Erkrankung der Harnwege. Nierensteine entstehen durch die Ansammlung bestimmter Salze und Mineralien, die Kristalle bilden, die wiederum zusammenkleben und sich zu einer harten Masse in den Nieren vergrößern.

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Die Steine wandern in den Harntrakt und können Blut im Urin, erhebliche Schmerzen und Verstopfungen im Harnsystem verursachen.

Stoffwechseluntersuchungen im Urin eines Patienten mit Nierensteinen zur Identifizierung von Metaboliten wie Mineralien und gelösten Stoffen, die die Steinbildung verursachen, sind der Schlüssel zur Verhinderung künftiger Steinbildungen. Diese Tests werden derzeit durchgeführt, indem der Patient seinen Urin über einen Zeitraum von 24 Stunden in einem grossen Behälter sammeln muss. Der Behälter wird dann zur Analyse an ein Labor geschickt, und die Ergebnisse kommen normalerweise in 7 bis 10 Tagen zurück.

Wissenschaftler der Pennsylvania State University (University Park, PA, USA) und ihre Kollegen entwickelten SLIPS-LAB (Slippery Liquid-Infused Porous Surface Laboratory), ein tröpfchenbasiertes Bioanalysesystem zur schnellen Messung von Harnstein-assoziierten Analyten. Die ultraabweisenden und fäulnisverhindernden Eigenschaften von SLIPS, einer biologisch inspirierten Oberflächentechnologie, ermöglichen die autonome Handhabung und Manipulation von physiologischen Proben ohne komplizierte Probenvorbereitungsverfahren und unterstützende Ausrüstung.

Das Team verwendete enzymatische und kolorimetrische Testkits zur Messung von Stoffwechselprofilen im Urin. Der Harnsäure-Assay wurde von BioAssay Systems (Hayward CA, USA) durchgeführt. Kalibrierungsexperimente wurden mit SLIPS-LAB und einem FlexStation 3-Mikroplatten-Reader (Molecular Devices, San Jose, CA, USA) durchgeführt. Die Leistung von SLIPS-LAB für einen Spot-Urintest wurde mit manuellen Verfahren in 96-Well-Platten verglichen. Es wurde eine Validierungsstudie mit SLIPS-LAB zum Nachweis von Urinproben von Patienten mit Harnsteinen durchgeführt.

Das Sechs-Plexus-Gerät SLIPS-LAB wurde für die metabolische Beurteilung von Harnsteinerkrankungen entwickelt. Das Gerät führt parallel kolorimetrische und enzymatische Assays zum Nachweis von Kalzium, Zitrat, Harnsäure, Oxalat und pH-Wert durch, die zu den klinisch relevantesten Urinanalysen zur Beurteilung des Steinrisikos und des Ansprechens auf die Behandlung gehören. Die Urin-Stein-assoziierten Analyten von 24-Stunden-Urinproben von 15 Personen wurden mit SLIPS-LAB untersucht. Um die Stoffwechselprofile zu untersuchen, wurden die Daten auf typische physiologische Werte von 24-Stunden-Urin normalisiert.

Die Testergebnisse können dann mit einem Scanner oder einem Mobiltelefon ausgelesen werden, und das gescannte Bild kann dann mit einem Computeralgorithmus analysiert werden. All diese Schritte würden nach Angaben der Autoren in einer Arztpraxis etwa 30 Minuten dauern. Ein zusätzlicher Vorteil sei, so die Autoren, dass SLIPS-LAB kostengünstiger sei als reguläre, 24-stündige Tests.

Pak Kin Wong, PhD, Professor für biomedizinische Technik und leitender Untersucher der Studie, sagte: "Wir haben gezeigt, dass SLIPS-LAB das Reagenz und die Probe in die Lage versetzt, sich selbst zu bewegen und die Reaktionen für uns durchzuführen. Das bedeutet, dass für die Technologie kein Techniker benötigt wird, der die Testmaschinen bedient, so dass der Test auch in nicht-traditionellen Umgebungen durchgeführt werden kann, z.B. in der Arztpraxis oder sogar zu Hause beim Patienten

Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass SLIPS-LAB eine rechtzeitige und kosteneffiziente Erkennung ermöglichen und Personen mit Harnsteinleiden umsetzbare diagnostische Informationen und personalisierte Behandlungsvorschläge liefern wird. Die Studie wurde am 22. Mai 2020 in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.