Das iGEM-Team der University of Rochester hat an einem nichtinvasiven Endometriose-Test gearbeitet. Endometriose ist eine schmerzhafte chronische Erkrankung, die derzeit nur durch laparoskopische Chirurgie diagnostiziert werden kann. Der Test könnte eine frühere Diagnose für Millionen von Frauen mit der Erkrankung ermöglichen., (Getty Images photo)

Der neue Endometriose-Test, der von Studenten der Universität Rochester in den Biowissenschaften entwickelt wurde, würde die Notwendigkeit einer Operation für die Endometriose-Diagnose eliminieren.

Als Meghan Martin ‚ 21, eine Biochemie und amerikanische Gebärdensprache Doppel-Dur, war ein sophomore in der High School, begann sie erleben intensive, chronische Schmerzen. Ein begeisterter Läufer und Fußballspieler, Sie wurde von Krämpfen verkrüppelt, Übelkeit, und Rückenkrämpfe, die sie nicht in der Lage ließen, an den Sportarten teilzunehmen, die sie liebte.

„Ich war schon immer sehr aktiv, aber ich würde zum Training gehen, und dann würde ich nach Hause kommen und mich hinlegen müssen, weil mein Rücken so schlecht spasmen würde“, sagt Martin., „Ich würde anfangen zu werfen, weil mir so übel war und so viel Schmerz hatte.“

Anfangs, als sie Hilfe suchte, sagte ihr Arzt ihr, es seien nur Zeitkrämpfe und dass sie Aspirin nehmen und sich zusätzlich ausruhen sollte. Ihre Mutter spürte jedoch, dass etwas mehr los war. Nach einigen Online-Recherchen stellte sie fest, dass ihre Tochter Symptome zeigte, die für die Endometriose charakteristisch waren, eine chronische Erkrankung, bei der Gewebe ähnlich dem Gewebe, das normalerweise das Innere der Gebärmutter auskleidet, außerhalb der Gebärmutterhöhle wächst.,

Der einzige Weg, um sicher zu wissen, ob Martin die Störung hatte, bestand jedoch darin, sich einer Operation zu unterziehen.

„Als ich hörte, dass ich operiert werden musste, um das herauszufinden, war ich wie ‚Nein, ich will das nicht tun'“, sagt Martin. „Ich hatte schon einmal eine Operation für andere Dinge, aber es war zu diesem Zeitpunkt mein letztes Highschool-Jahr. Ich dachte: „Das klingt lächerlich, ich habe noch nie von Endometriose gehört.,'“

Heute ist ungefähr 1 von 10 Frauen weltweit während ihrer Fortpflanzungsjahre von Endometriose betroffen, doch die invasive laparoskopische Chirurgie ist die einzige aktuelle Technik, mit der die Krankheit diagnostiziert und dann behandelt wird. Aufgrund des mangelnden Bewusstseins für den Zustand und die Forschung auf diesem Gebiet kann es bei vielen Frauen zu einer Verzögerung der Diagnose von bis zu 11 Jahren ab Auftreten der Symptome kommen. Das kann mehrere Jahre Beckenschmerzen, starke Krämpfe und mögliche Unfruchtbarkeit bedeuten, während endometriumartiges Gewebe außerhalb der Gebärmutter wächst.,

Problemlösung mit synthetischer Biologie zur Erstellung eines Endometriosetests

Nello Gu ’21 arbeitet am zusammenklappbaren UV-Sterilisatordesign, Teil des Projekts zur Entwicklung eines nichtinvasiven, kostengünstigen Tests zur Diagnose von Endometriose (University of Rochester photo / Meghan Martin)

Geben Sie den Internationalen Gentest-Test der University of Rochester Engineered Machines (iGEM) Team.,

Anfang 2020 startete Rochester eine Klasse, die sich aus 12 Studenten zusammensetzte, um an einem weltweiten Wettbewerb für synthetische Biologie teilzunehmen, mit dem Ziel, ein reales Problem mit innovativen biologischen Ideen zu lösen. (Synthetische Biologie beinhaltet die Schaffung neuer biologischer Teile oder Systeme unter Verwendung von Materialien, die bereits in der Natur gefunden wurden. November stattfindenden iGEM-Wettbewerbs präsentieren die Studenten einer Jury die Projekte, die sie entworfen und umgesetzt haben.,

Martin war Mitglied des iGEM-Teams von Rochester und schlug auf der Grundlage ihrer eigenen Erfahrung vor, dass die Gruppe das schwierige Problem der Endometriose-Diagnose als ihr Projekt angehen sollte.

„Ich dachte an Endometriose, weil es ein großes Problem für mich war, und ich wusste, dass es ein Bereich war, der nicht viele bedeutende Forschung hatte, aber das brauchte bedeutende Forschung“, sagt sie.

Das iGEM-Team von Rochester wird von Anne S. Meyer, einer außerordentlichen Professorin für Biologie, beraten, die als Beraterin für iGEM-Teams an der Delft University in den Niederlanden tätig war, wo sie unterrichtete, bevor sie nach Rochester kam., Unter ihrer Leitung erhielten die iGEM-Teams der Delft University viele bemerkenswerte Auszeichnungen, darunter den Hauptpreis beim iGEM-Wettbewerb 2015.

„iGEM ist so einzigartig wie eine Forschungserfahrung für Studenten, da die Studenten ein Projekt ihrer Wahl entwickeln“, sagt Meyer. „iGEM-Projekte laufen nur neun Monate, was eine sehr kurze Zeit ist, um ein brandneues wissenschaftliches Projekt zu entwickeln, zu planen und auszuführen.,“

COVID-19 stellt eine einzigartige Herausforderung dar

Nachdem das Rochester iGEM-Team entschieden hatte, dass Endometriose Gegenstand seines Projekts sein würde, entwickelte es in den folgenden Monaten einen neuartigen Endometriosetest zur Diagnose der Krankheit.

Als COVID-19 Anfang des Jahres eintraf, wurde das Team mit zusätzlichen Herausforderungen konfrontiert, da es gezwungen war, den Großteil seiner Forschung online durchzuführen und Meetings über Zoom abzuhalten. Sie hatten auch keinen Zugang zu Labors, um ihre Designs zu testen.,

„Eine der anderen Herausforderungen, mit denen wir konfrontiert waren, war, dass wir den ganzen Sommer über ein persönliches Nasslabor haben sollten, um unser Design zu entwickeln und zu optimieren, aber wir kamen erst im Herbst ins Nasslabor“, sagt Martin. „Wir haben alle unsere ersten Tests durchgeführt, aber wir hatten keine Chance, diesen gesamten Test zusammenzustellen“

Obwohl die Pandemie viele der Testpläne geändert hat, entwickelte die Gruppe detaillierte schriftliche Protokolle für die Durchführung von Experimenten und die Fehlerbehebung Probleme, die auftreten könnten.,

Ein neuartiger Endometriosetest

Das vom Rochester iGEM-Team entwickelte Gerät basiert auf dem Nachweis von sechs Biomarkern in Menstruationsflüssigkeit, die auf Endometriose hinweisen.

Das Team erstellte eine neue Art von Menstruationstasse, um Proben von Menstruationsflüssigkeit von Endometriose—Patienten zu sammeln, und einen lateralen Flow—Assay-ähnlich einem Schwangerschaftsteststab -, der seine Farbe basierend auf dem Vorhandensein oder Fehlen der sechs Biomarker in der Menstruationsprobe ändert. Dies beinhaltete die Verwendung eines Stammes von Escherichia coli (E. coli) – Bakterien, um die Antikörper zu produzieren, die zum Nachweis jedes Biomarkers erforderlich sind.,

„Der synthetische Biologie-Teil kam herein, als wir dieses Plug-and-Play-Antikörpersystem entwickelten“, sagt Martin. „Sie benötigen zwei Antikörper, um jeden Biomarker nachzuweisen, und dies wäre normalerweise der teuerste Teil des Tests. Stattdessen verwendeten wir Bakterien, um Antikörper auf kostengünstige Weise herzustellen.“

Das Team entwickelte auch eine Bildgebungsstation, um die tatsächliche Menge an Biomarkern in einer Probe nur mit einer Handykamera zu bestimmen.,

Die Mitglieder des iGEM-Teams bereiten sich im Rahmen des Internationalen Wettbewerbs für gentechnisch veränderte Maschinen auf ihre Abschlusspräsentation vor. Von Links: Emily Schiller ’21, Nello Gu ’21, Emily Laskey ’21, Zivile Vebraite ’22, und Gabe Isaacson ’21. Nicht im Bild: Ethan Chen ’21, Linh Hoang ’22, Isabel Lopez-Molini ’22, Meghan Martin ’21, Helen Shammas ’22, Heather Shi ’22, und James Tang ’21. (Foto der Universität von Rochester / Meghan Martin)

Die Gruppe sieht Ärzte vor, die Patienten mit der Menstruationstasse versorgen., Die Patientin nahm die Tasse mit nach Hause und sammelte während ihrer nächsten Periode eine Menstruationsprobe. Der Patient würde dann die Probe zum Arzt zurückbringen und der Arzt würde den Endometriosetest durchführen.

Dieser kostengünstige, nichtinvasive Endometriosetest könnte die Operation als Diagnose möglicherweise ergänzen oder sogar ersetzen und sie für Frauen auf der ganzen Welt zugänglicher machen.

Das Team von Rochester entwickelte zusätzlich Endometriose-Aufklärungsinstrumente für Ärzte und die breite Öffentlichkeit, um das Bewusstsein für die Krankheit zu schärfen und weitere Forschung zu fördern., Eines dieser Tools ist ein Vorhersagemodell mit 42 Variablen, mit dem vor der Konsultation eines Arztes oder als klinisches Instrument zur Ergänzung eines physischen Tests eine Selbsteinschätzung durchgeführt werden kann. Die Unterrichtsmaterialien des Teams, die sie in viele verschiedene Sprachen übersetzt hatten, sind alle in einem Open-Access-Format verfügbar.,

„Wir erfuhren, dass viele Endometriose-Patienten sich ihrer Krankheit erst Jahre später bewusst waren, weil nicht nur den Patienten selbst das Bewusstsein fehlt, sondern auch die Ärzte nicht über die Krankheit aufgeklärt wurden“, sagt Heather Shi ’22, eine Mikrobiologie und Gesundheit, Verhalten und Gesellschaft Major, der Mitglied des iGEM-Teams von Rochester ist.

Die Arbeit des Teams ist dokumentiert und auf ihrer Wiki-Seite verfügbar, ein Format, das es zukünftigen Studenten oder Entwicklern ermöglicht, das Design aufzunehmen und auf den Ideen aufzubauen.

Eine wirklich lohnende Erfahrung

Heute ist Martin die Gesundheit deutlich verbessert., Nach einer laparoskopischen Operation während ihres letzten Schuljahres verschwanden ihre Rückenschmerzen und intensiven Krämpfe nur zwei Wochen nach der Operation. Aber sie hält sich für eine der Glücklichen.

„Als ich hineinging, dachte ich, es wäre eine unnötige Operation“, sagt sie. „Ich dachte nicht, dass ich Endometriose hatte, und ich musste wochenlang ohne Grund von der Operation erholen. In meinem Fall hatte ich das Glück, die Ergebnisse zu haben und tatsächlich das Endometriosegewebe zu entfernen.“

Sie hofft, dass das iGEM-Projekt von Rochester irgendwann dazu beitragen kann, diesen Stress für andere abzubauen.,

„Das Lohnendste an diesem Projekt ist für mich, das Bewusstsein für die Krankheit zu verbreiten“, sagt Martin. „Wenn ich mich zum ersten Mal an Menschen über Endometriose wende, wissen die Leute normalerweise nichts darüber. Die Tatsache, dass ich an einer Krankheit arbeite, die mich persönlich betroffen hat, und immer noch Fortschritte in der Forschung machen und etwas über die Krankheit lernen und andere erziehen kann, war wirklich lohnend.,“

2020 IGEM competition update

(Courtesy of the University of Rochester iGEM team)

Updated November 23, 2020: Mit dem Abschluss des diesjährigen Wettbewerbs wurde das iGEM-Team von Rochester mit einer Goldmedaille und mehreren Auszeichnungen für seine Leistungen ausgezeichnet. Insgesamt nahmen 248 Teams am diesjährigen Jamboree teil. Von den 42 Teams aus Nordamerika erhielt das Rochester-Team die meisten Auszeichnungen und Nominierungen mit insgesamt fünf Nominierungen und zwei Auszeichnungen.,

Das team-Leistungen zählen:

• Inklusivität Award
• Beste Diagnostische Bachelor-Projekt
• Beste Software Nominee
• Best Integrated Human Practices Nominee
• Best Education Nominee

sehen Sie sich die vollständige Ergebnisse online.

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