Dispositivo portátil de monitorización de coagulación y método para evaluar la respuesta de coagulación.

Un dispositivo (11) para medir la respuesta de coagulación en una muestra sanguínea,

que comprende:

un primer elemento (101) que tiene una primera superficie, y un segundo elemento (103) que tiene una segunda superficie, dicho primer elemento se posiciona para tener dicha primera superficie que enfrenta dicha segunda superficie de dicho segundo elemento, y separada una distancia suficiente para permitir que una gotita de muestra sanguínea entre en contacto con dicha primera superficie y dicha segunda superficie e inicie la coagulación, y dichos primer elemento y segundo elemento se puedan mover en relación uno con otro en una dirección paralela utilizando movimiento lineal y/o rotativo;

un mecanismo (105, 107, 109) de impulsión conectado a por lo menos uno de dicho primer elemento y dicho segundo elemento para mover linealmente dicho primer elemento y dicho segundo elemento con relación cada otro en paralelo utilizando movimiento lineal y/o rotativo cuando una muestra sanguínea está en contacto con dicha primera superficie y dicha segunda superficie;

caracterizado porque dicho dispositivo adicionalmente comprende un sistema (111) de sensores de detección ópticos para detectar la interacción de la luz con una muestra sanguínea localizada entre dichos primer elemento y segundo elemento, como una indicación de la respuesta de coagulación de dicha muestra sanguínea.

Dispositivo portátil de monitorización de coagulación y método para evaluar la respuesta de coagulación Campo de invención La invención se relaciona con un dispositivo y método que permite la evaluación rápida de la respuesta de coagulación. Más particularmente, la invención se relaciona con dicho dispositivo y método que proporciona información extensa y compleja sobre la respuesta de coagulación, que incluye la función de plaquetas y polimerización de fibrina para permitir la selección de protocolos de tratamiento apropiados, en particular para coagulopatías inducidas por trauma, pero también para el diagnóstico de anormalidades de coagulación hereditarias o adquiridas, tales como enfermedad de von Willebrand o hemofilias.

Antecedentes de la invención El proceso por el cual el cuerpo evita la pérdida de sangre se conoce como coagulación. La coagulación implica la formación de un coágulo sanguíneo (trombo) que evita pérdida adicional de sangre de los tejidos, vasos sanguíneos u órganos lesionados. Este es un proceso complicado, con un sistema celular constituido por células denominadas plaquetas que circulan en la sangre y sirven para formar un tapón de plaquetas sobre los vasos lesionados y un segundo sistema con base en las acciones de múltiples proteínas (denominadas factores de coagulación) que actúan conjuntamente para producir un coágulo de fibrina. Estos dos sistemas trabajan conjuntamente para formar un coágulo y los trastornos en cualquier sistema pueden producir trastornos que provocan coagulación excesiva o muy poca coagulación.

Las plaquetas cumplen tres funciones principales: (1) pegado al vaso sanguíneo lesionado (un fenómeno denominado adherencia plaquetaria) , (2) fijación a otras plaquetas para agrandar el tapón en formación (un fenómeno denominado agregación plaquetaria) y (3) suministro de un soporte para los procesos de cascada de coagulación (las moléculas en la superficie de plaquetas aceleran notablemente diversas reacciones fundamentales) .

Cuando se produce una rotura en un vaso sanguíneo, se exponen sustancias que normalmente no están en contacto directo con el flujo sanguíneo. Estas sustancias (fundamentalmente colágeno y factor von Willebrand multimérico) permiten que las plaquetas se adhieran a la superficie rota. Una vez que una plaqueta se adhiere a la superficie, libera productos químicos que atraen plaquetas adicionales al área lesionada, a la que se denomina agregación plaquetaria. Estos dos procesos son las primeras respuestas para detener la hemorragia. El sistema con base en proteínas (cascada de coagulación) sirve para estabilizar el tapón que se ha formado y adicionalmente cerrar la herida.

La función de apoyo de las plaquetas a la cascada de coagulación, se proporciona en parte, por uno de los componentes en el exterior de una plaqueta, denominados fosfolípidos, que se requieren para muchas de las reacciones en la cascada de coagulación. El objetivo de la cascada es formar fibrina, que formará una malla dentro del agregado plaquetario para estabilizar el coágulo. Todos los factores tienen una forma inactiva y activa. Una vez activado, el factor servirá para activar el siguiente factor en la secuencia hasta que se forma la fibrina. La cascada de coagulación tiene lugar en el sitio de una rotura en un vaso sanguíneo que tiene el agregado de plaquetas. La fibrina forma una malla que, conjuntamente con las plaquetas, tapona la rotura en la pared del vaso. La malla de fibrina luego se estabiliza mediante factores adicionales que entrecruzan el coágulo (muy parecido a la formación de una red intrincada de hebras de fibrina reforzadas) .

En el caso de hemorragia inducida por trauma, es importante entender muy rápidamente la respuesta de coagulación de un individuo particular con el fin de aplicar la terapia apropiada para tratar la hemorragia y asegurar que el trauma se trate adecuadamente. Las funciones plaquetarias deficientes, tanto primarias (adhesivas, interacción con el factor von Willebrand) como secundarias (organización y polimerización del polímero de fibrina, función de integrinas) se reconocen como un contribuyente particularmente importante en la hemorragia no compresible prolongada. El desarrollo de trastornos hemostáticos en pacientes con trauma, y la progresión asociada en los estados hemorrágicos y otros estados de choque, se pueden deber a diferentes factores y por lo tanto requieren diferentes terapias.

En la actualidad, la tromboelastografía (TEG) es el estándar clínico aceptado para probar la eficiencia de la coagulación de la sangre entera. Para propósitos de esta descripción, se debe indicar que por "sangre entera" se entiende una mezcla de sangre entera con una o más sustancias, una fracción de sangre entera que contiene uno o más de los constituyentes de sangre entera, una fracción de sangre entera mezclada con una o más sustancias distintas a la sangre, o un constituyente de sangre purificado, tal como plaquetas o suero sanguíneo, una preparación de sangre reconstituida, una muestra sanguínea modificada, o un sustituto de la sangre.

Se desarrolló un sistema TEG por primera vez en Alemania en 1948 y se ha mejorado progresivamente desde entonces. Sin embargo, su principio de operación sigue siendo el mismo.

La TEG tradicional requiere una muestra sanguínea relativamente grande, es decir, aproximadamente 0, 36 ml en una taza pequeña. Se inserta un husillo en la sangre y se hace girar en una oscilación sinusoidal a través de un ángulo pequeño a una baja frecuencia. El dispositivo mide el acoplamiento del movimiento a través de la rotación con el tiempo. No se mide la adhesión plaquetaria, sino solo la polimerización de la fibrina, y no se permite la activación mecánica de la respuesta de coagulación a través de fuerzas de corte. De esta manera, la información obtenida de un análisis TEG está muy lejos de nuestra comprensión actual de la respuesta de coagulación, y requiere cantidades de tiempo excesivas que podrían resultar en un tratamiento inadecuado que se aplica al trauma, lo que lleva a resultados adversos para un paciente, incluso posiblemente la muerte.

Otro dispositivo conocido generalmente como PEA-100 intenta imitar un vaso sanguíneo al forzar el flujo sanguíneo a través de un canal estrecho que conduce a un filtro que tiene una abertura allí. El dispositivo mide el tiempo para que la abertura se obstruya y es esencialmente indicador de respuesta de función plaquetaria lo que resulta en obstrucción. El tiempo de cierre de la abertura proporciona indirectamente una indicación de coagulación debido a la respuesta plaquetaria. El uso de dichos dispositivos como TEG y PFA-100 requiere entrenamiento y mantenimiento de laboratorio intensivo, y no se utilizan fácilmente en el campo.

C J Glover et al, "Medical Trauma Effect on Clot Structure Formation", Thrombosis nas Research, Tarr y town, NY, US, Vol. 10, No. 1, 1 enero 1977, páginas 1-25 han mostrado que la exposición de plasma rico en plaquetas para clasificar trauma mecánico para tiempos de cinco minutos tiene efectos marcados sobre la formación estructural del coágulo. Se encontró que la resistencia mecánica de los coágulos formados puede tener un factor de cinco más débil, tiempo de iniciación reducido y aumento del índice de polimerización inicial por un factor de dos y también muestra que el trauma mecánico puede provocar la formación de agregados de plaquetas.

De acuerdo con lo anterior, es deseable proporcionar un dispositivo portátil de monitorización de coagulación para diagnóstico de coagulopatías relacionadas con trauma en el campo, que proporcione resultados rápidos, incluyendo información extensa acerca de los mecanismos complejos implicados en la coagulación, a partir de una pequeña muestra sanguínea. Más específicamente, es importante proporcionar dicho dispositivo que se pueda utilizar por equipos de primera respuesta bajo condiciones encontradas en el campo, que proporcione información en tiempo real, que permita tratamiento inmediato de un evento hemorrágico, en comparación con los sistemas y dispositivos de la técnica anterior que podrían resultar en retardos de 45 minutos o más durante lo que se considera un periodo de tiempo inicial importante para ser aplicado en cuidados críticos y que utiliza muestras de sangre no anticoaguladas que no se han tratado con activadores e iniciadores como sustitutos para el proceso de coagulación real.

Resumen de la invención En un aspecto, la invención se relaciona con un dispositivo para medir la respuesta de coagulación en una muestra sanguínea natural, no anticoagulada. El dispositivo incluye dos elementos o placas, cada una tiene superficies que se enfrentan entre sí, y se separan... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo (11) para medir la respuesta de coagulación en una muestra sanguínea, que comprende:

un primer elemento (101) que tiene una primera superficie, y un segundo elemento (103) que tiene una segunda superficie, dicho primer elemento se posiciona para tener dicha primera superficie que enfrenta dicha segunda superficie de dicho segundo elemento, y separada una distancia suficiente para permitir que una gotita de muestra sanguínea entre en contacto con dicha primera superficie y dicha segunda superficie e inicie la coagulación, y dichos primer elemento y segundo elemento se puedan mover en relación uno con otro en una dirección paralela utilizando movimiento lineal y/o rotativo;

un mecanismo (105, 107, 109) de impulsión conectado a por lo menos uno de dicho primer elemento y dicho segundo elemento para mover linealmente dicho primer elemento y dicho segundo elemento con relación cada otro en paralelo utilizando movimiento lineal y/o rotativo cuando una muestra sanguínea está en contacto con dicha primera superficie y dicha segunda superficie;

caracterizado porque dicho dispositivo adicionalmente comprende un sistema (111) de sensores de detección ópticos para detectar la interacción de la luz con una muestra sanguínea localizada entre dichos primer elemento y segundo elemento, como una indicación de la respuesta de coagulación de dicha muestra sanguínea.

2. El dispositivo (11) de la reivindicación 1, en donde dichos primer elemento (101) y segundo elemento (103) forman un cartucho (19) de recolección de muestra sanguínea que es separable de dicho dispositivo, en donde dicho cartucho de recolección de muestra sanguínea comprende adicionalmente un dispositivo (117) de memoria en dicho cartucho para almacenamiento de datos que se relacionan con una muestra sanguínea probada.

3. El dispositivo (11) de la reivindicación 1, en donde el mecanismo (105, 107, 109) de impulsión está programado para mover el primer elemento (101) y el segundo elemento (103) a velocidades diferentes relacionadas entres sí para detectar diferentes mecanismos implicados en una respuesta de coagulación de una muestra sanguínea.

4. El dispositivo (11) de la reivindicación 1, en donde dicho sistema (111) de sensores de detección óptica se adapta para detectar la fijación de la muestra sanguínea a la primera superficie y la segunda superficie como una indicación de la respuesta plaquetaria durante la coagulación.

5. El dispositivo (11) de la reivindicación 1, en donde dicha primera y segunda superficies (1 y 2) tienen por lo menos una superficie que ha sido tratada para inducir, ralentizar o modificar el proceso de coagulación para seleccionar aspectos específicos en favor o en contra de coagulación de la muestra para otros propósitos, en donde dicho tratamiento de las superficies opcionalmente ya sea aumenta la fijación, reactividad o activación de plaquetas o proteínas o disminuye la fijación, reactividad o activación de plaquetas o proteínas de la sangre.

6. El dispositivo (11) de la reivindicación 1, configurado para analizar la reología y coagulación de la sangre de sangre entera fresca o alguna fracción de la misma sin agregar reactivos externos o se configura para medir sin retardo funcional alguno el equilibrio dinámico entre el estado hemostático pro y antitrombótico por muestras secuenciales de la misma persona o animal.

7. El dispositivo (11) de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente por lo menos uno de:

por lo menos un microcontrolador (25) para controlar la operación de dicho mecanismo (105, 107, 109) de impulsión y sistema (111) de sensores de detección óptica;

por lo menos un sensor (29, 31) de desplazamiento para detectar y controlar la cantidad de movimiento relativo entre dicho 50 primer elemento (101) y dicho segundo elemento (103) ;

un módulo de interfaz de conexión para conectar y comunicar entre el dispositivo y un sistema externo; y un convertidor (37) análogo a digital conectado al sistema de sensores de detección óptica para convertir señales análogas 55 indicativas de la respuesta de coagulación de una muestra sanguínea en señales digitales para almacenamiento de las mismas.

8. El dispositivo (11) de la reivindicación 1, en donde el mecanismo (105, 107, 109) de impulsión comprende un dispositivo capaz de impulsar el movimiento lineal.

9. Un método para medir la respuesta de coagulación en una muestra sanguínea, que comprende:

colocar una gotita de muestra sanguínea entre y en contacto con la primera y segunda superficies que se enfrentan de placas (101, 103) sustancialmente paralelas dispuestas una frente a otra; y mover por lo menos una placa (101, 103) con respecto a la otra placa (101, 103) a una velocidad predeterminada utilizando movimiento lineal y/o rotativo;

caracterizado porque dicho método comprende adicionalmente la etapa de detectar ópticamente la respuesta de coagulación de la gotita de sangre al medir la interacción mecánica entre la primera y segunda superficies resultantes de los cambios en la viscosidad del fluido de muestra y la fijación a las superficies de placas.

10. El método de la reivindicación 9, que comprende adicionalmente mover por lo menos una placa (101, 103) a una primera velocidad y detectar ópticamente la adherencia de la gotita de muestra sanguínea a la superficie de las placas para determinar la respuesta plaquetaria durante la coagulación y opcionalmente comprende adicionalmente mover posteriormente por lo menos una placa a una segunda velocidad más lenta que la primera velocidad, y detectar ópticamente el nivel de coagulación de la muestra sanguínea como indicadora de la respuesta de polimerización de la fibrina.

11. El método de la reivindicación 9, en donde el movimiento relativo entre las dos placas (101, 103) se controla para generar formas de onda seleccionadas arbitrariamente para inducir tasas de corte del fluido deseadas en amplitudes, frecuencia, duración y secuencia seleccionadas, de modo que el dispositivo está capacitado para emular el corte del fluido según se desee en un rango muy amplio, desde DC (corte cero) hasta tasas de corte que podrían provocar cavitación del fluido y destrucción subsiguiente de los componentes celulares de la muestra, y que incluye continuamente todos los puntos en el espectro de tasa de corte entre estos dos puntos, en donde la tasa de corte se controla opcionalmente en una secuencia de valores para generar protocolos específicos o paradigmas de movimiento de placas para diagnósticos dirigidos u objetivos analíticos, tales como iniciación rápida de coagulación primaria, evaluación viscoelástica destructiva o no destructiva de la coagulación temprana, de fase intermedia, o de fase tardía, emulación de protocolos de tasa de corte aceptados clínicamente o reconocidos de otra forma para comparación con otros dispositivos comerciales o experimentales,

o prueba de validación contra estándares conocidos.

12. El método de la reivindicación 9, en donde dichas placas (101, 103) son parte de un casete (19) insertable en un dispositivo (11) para medir la coagulación, y en donde dichas placas son transparentes, y en donde opcionalmente el casete comprende adicionalmente la memoria (117) , y comprende adicionalmente almacenar allí información acerca de la respuesta de coagulación resultante de dicha detección óptica.

13. El método de la reivindicación 9, en donde dicha detección óptica se realiza al transmitir ondas electromagnéticas en la gotita de muestra, y detectar por lo menos una de transmisión, absorción, reflexiona y refracción de las ondas electromagnéticas a través de la gotita de muestra en detectores de luz respectivos, para generar señales análogas representativas de las propiedades de coagulación de la sangre en la gotita de muestra para mecanismos de coagulación primaria o secundaria, y opcionalmente comprende adicionalmente convertir dichas señales a señales digitales, almacenar las señales digitales y analizar las señales digitales almacenadas de una manera predeterminada para obtener información seleccionada acerca de la respuesta de coagulación de la sangre en la gotita de muestra.

14. El método de la reivindicación 9, que comprende adicionalmente por lo menos un motor (15, 17) accionador de bobina de voz conectable a por lo menos una placa (101, 103) para mover dicha por lo menos una placa, y mover dicha por lo menos una placa con dicho motor, y opcionalmente comprende adicionalmente un procesador (33) conectado a dicho motor y que controla la operación del mismo con dicho procesador de una forma predeterminada.

15. El método de la reivindicación 9, que comprende:

mover una placa (101, 103) con relación a la otra placa (101, 103) de una manera que provoque que la otra placa se mueva debido al acoplamiento visco-elástico entre la sangre y la otra placa; y determinar las propiedades viscoelásticas de la sangre a partir del movimiento de la otra placa; o detectar las tasas de deformación provocadas por el movimiento de una placa y la otra placa provocada por el acoplamiento visco-elástico entre una placa y la otra placa provocada por la muestra sanguínea; y determinar el estado de coagulación de la sangre por análisis de inferencia con base en la visco-elasticidad de la muestra sanguínea determinada a partir del acoplamiento mecánico entre las dos placas y dichas tasas de deformación resultantes; o.

medir de manera continua la viscoelasticidad de la sangre durante el tiempo para monitorizar los cambios con el tiempo de la respuesta de coagulación de la sangre.