University of Rochesters iGEM team har arbetat med ett icke-invasivt endometriostest. Endometrios är en smärtsam kronisk sjukdom som för närvarande endast kan diagnostiseras genom laparoskopisk kirurgi. Testet kan möjliggöra tidigare diagnos för miljontals kvinnor med tillståndet., (Getty Images photo) det nya endometriostestet, utvecklat av University of Rochester grundutbildning i biologiska vetenskaper, skulle eliminera behovet av operation för endometriosdiagnos.
endometrios fakta
University of Rochesters iGEM-projekt syftar till att ta itu med en angelägen fråga kring endometrios: det har historiskt varit mycket svårt att diagnostisera, särskilt på grund av brist på kunskap om själva sjukdomen.,
”kliniker får väldigt lite, om någon, utbildning i medicinsk skola och residenser om detta tillstånd, därför går symtomen och klagomålen ofta okända eller avskedade”, säger Ashley Gubbels, en minimalt invasiv gynekologisk kirurg och biträdande professor i obstetrik och gynekologi vid Rochesters sjukhus.
vad är endometrios?
vävnaden som leder livmodern kallas endometrium. Normalt, om en kvinna inte blir gravid, är denna vävnad skjul varje månad under sin period., I endometrios, vävnad som ser ut och fungerar som endometriala vävnadsimplantat utanför livmodern. Denna felplacerade vävnad svarar på hormonella förändringar i menstruationscykeln. Det bygger upp, bryter ner och blöder, vilket orsakar omgivande vävnad att bli inflammerad eller svullen.
vad orsakar endometrios?
orsakerna till endometrios är okända. Vissa forskare tror att det kan vara genetiskt, medan annan forskning tittar på den roll immunsystemet kan spela.
vilka är symtomen på endometrios?,
”den största missuppfattningen bland patienter och kliniker är att perioder ska vara smärtsamma följt av tron att endometrios bara orsakar smärtsamma perioder”, säger Gubbels. ”Endometrios orsakar symptom i flera system.”Även om varje kvinnas symptom kan vara olika, några av de vanligaste symptomen på endometrios är smärta och kramper i magen eller nedre delen av ryggen, tung menstruation, trötthet, infertilitet, smärtsam urinering och/eller tarmrörelser under dina perioder, och illamående.
Hur diagnostiseras endometrios?,
laparoskopisk kirurgi är för närvarande det enda endometriostestet för att få en endometriosdiagnos. Ett tunt rör med en lins och ett ljus i slutet sätts in i ett snitt i patientens bukvägg, vilket gör att kirurgen kan se in i bäckenområdet. ”Definitiv diagnos av endometrios kräver histologi från laparoskopiska biopsier, ett invasivt förfarande”, säger Gubbels. ”University of Rochesters iGEM-projekt syftar till att tillhandahålla ett icke-invasivt diagnostiskt test. Detta kan möjliggöra tidigare diagnos för miljontals kvinnor.”
hur behandlas endometrios?,
behandlingsalternativ inkluderar medicin, kirurgi eller båda. Om symtomen är milda kan patienten bara behöva smärtmedicin. I andra fall kan hormonbaserade läkemedel, såsom p-piller, kunna sakta ner endometrios. Gubbels säger dock: ”det finns en missuppfattning att preventivmedel behandlar sjukdomen. Födelsekontroll hjälper bara till att hantera symtom och tyvärr finns det inget botemedel.”Laparoskopisk kirurgi kan vara ett alternativ för att avlägsna onormal vävnadstillväxt.,
källa: University of Rochester Medical Center Health Encyclopedia
När Meghan Martin ’21, en biokemi och amerikanska teckenspråk dubbel major, var en sophomore i gymnasiet, började hon uppleva intensiv, kronisk smärta. En ivrig löpare och fotbollsspelare, hon var förlamad av kramper, illamående och ryggkramper som lämnade henne oförmögen att delta i sporten hon älskade.
”Jag har alltid varit riktigt aktiv, men jag skulle gå till övning, och då skulle jag komma hem och behöva lägga sig ner eftersom min rygg skulle spasmas så illa”, säger Martin., ”Jag skulle börja kräkas för att jag var så illamående och i så mycket smärta.”
ursprungligen när hon sökte hjälp, berättade hennes läkare för henne att det bara var periodkramper och att hon skulle ta aspirin och få ytterligare vila. Hennes mamma kände dock att det var något mer på gång. Efter en del online-forskning fann hon att hennes dotter uppvisade symptom som är karakteristiska för endometrios, en kronisk sjukdom där vävnad som liknar vävnaden som normalt linjer insidan av livmodern växer utanför livmoderhålan.,
det enda sättet att veta säkert om Martin hade sjukdomen var dock att hon skulle genomgå operation.
”När jag hörde att jag var tvungen att få operation för att räkna ut att jag var som” Nej, Jag vill inte göra det här”, säger Martin. ”Jag har tidigare opererats för andra saker, men det var mitt sista år på gymnasiet vid den tiden. Jag tänkte: ”det här låter löjligt, jag har aldrig hört talas om endometrios.,'”
idag påverkas cirka 1 av 10 kvinnor över hela världen av endometrios under sina reproduktiva år, men invasiv laparoskopisk kirurgi är den enda nuvarande tekniken som används för att diagnostisera—och sedan behandla—sjukdomen. På grund av bristande medvetenhet om tillståndet och forskningen inom området kan många kvinnor uppleva en fördröjning i diagnosen på upp till 11 år från symptomens början. Det kan innebära flera års bäckensmärta, svåra kramper och eventuell infertilitet medan endometrieliknande vävnad växer utanför livmodern.,
problemlösning med syntetisk biologi för att skapa ett endometriostest
Nello Gu ’21 arbetar på den kollapsbara UV-steriliseringsdesignen, en del av projektet för att utveckla ett icke-invasivt, billigt test för att diagnostisera endometrios (University of Rochester photo / Meghan Martin)
gå in i University of Rochesters internationella genetiskt modifierade engineered Machines (iGEM) team.,
i början av 2020 lanserade Rochester en klass bestående av 12 studenter för att konkurrera i en världsomspännande syntetisk biologikonkurrens med målet att lösa ett verkligt problem med hjälp av innovativa biologiska idéer. (Syntetisk biologi innebär att skapa nya biologiska delar eller system med hjälp av material som redan finns i naturen.) Under iGEM-tävlingen-i år hölls November 14-21 – presenterar studenterna för en panel av domare de projekt de har utformat och genomfört.,
Martin var medlem i Rochesters iGEM-team och föreslog, baserat på sin egen erfarenhet, gruppen tackla som sitt projekt det svåra problemet med endometriosdiagnos.
”Jag tänkte på endometrios eftersom det var ett stort problem för mig, och jag visste att det var ett område som inte hade mycket betydande forskning, men det behövde betydande forskning”, säger hon.
Rochesters iGEM-team rekommenderas av Anne S. Meyer, docent i biologi, som tjänstgjorde som rådgivare för iGEM-lag vid Delft University i Nederländerna, där hon lärde sig innan hon kom till Rochester., Under hennes ledning fick Delft University iGEM-lagen många anmärkningsvärda utmärkelser, inklusive grand prize vid iGEM-tävlingen 2015.
”iGEM är så unikt som en forskningserfarenhet för studenter, eftersom eleverna kommer med ett eget projekt, säger Meyer. ”iGEM-projekt körs bara i nio månader, vilket är en mycket kort tid att brainstorma, planera och genomföra ett helt nytt vetenskapligt projekt.,”
COVID-19 presenterar en unik utmaning
Efter att ha bestämt att endometrios skulle bli föremål för deras projekt spenderade Rochester iGEM-teamet de följande månaderna med att utveckla ett nytt endometriostest för att diagnostisera sjukdomen.
När COVID-19 slog i början av året möttes laget med ytterligare utmaningar eftersom de var tvungna att genomföra majoriteten av sin forskning online och hålla möten via Zoom. De hade inte heller tillgång till laboratorier för att testa sina mönster.,
”en av de andra utmaningarna vi mötte var att vi skulle ha in-person wet lab hela sommaren för att utveckla och optimera vår design, men vi kom inte in i wet lab förrän hösten”, säger Martin. ”Vi har alla våra första tester gjort, men vi har inte haft en chans att sätta ihop hela denna analys”
även om pandemin ändrade många av testplanerna utvecklade gruppen detaljerade skriftliga protokoll för att köra experiment och felsökningsproblem som kan uppstå.,
ett nytt endometriostest
den enhet som utvecklats av Rochester iGEM-teamet är baserad på att detektera sex biomarkörer i menstruationsvätska som indikerar endometrios.
teamet skapade en ny typ av menstruationskopp för att samla in prover av menstruationsvätska från endometriospatienter och en lateralflödesanalys—som liknar en graviditetstestpinne—som ändrar färg baserat på antingen närvaron eller frånvaron av de sex biomarkörerna i menstruationsprovet. Detta innebar att man använde en stam av Escherichia coli (E. coli) bakterier för att producera de antikroppar som behövs för att detektera varje biomarkör.,
”den syntetiska biologidelen kom in när vi skapade det här plug-and-play-antikroppssystemet”, säger Martin. ”Du behöver två antikroppar för att upptäcka varje biomarkör, och detta skulle normalt vara den dyraste delen av testet. I stället använde vi bakterier för att producera antikroppar på ett billigt sätt.”
teamet utvecklade också en bildstation för att bestämma den faktiska mängden biomarkörer i ett prov med endast en mobilkamera.,
Rochester iGEM-gruppmedlemmar förbereder sig för sin slutliga presentation som en del av den internationella genetiskt konstruerade Maskinkonkurrensen. Från vänster: Emily Schiller ’21, Nello Gu ’21, Emily Laskey ’21, Zivile Vebraite ’22, och Gabe Isaacson ’21. Ej med på bild: Ethan Chen ’21, Linh Hoang ’22, Isabel Lopez-Molini ’22, Meghan Martin ’21, Helen Shammas ’22, Ljung Shi ’22, och James Tang ’21. (University of Rochester photo / Meghan Martin)
gruppen föreställer läkare som ger patienter med menstruationsbägaren., Patienten skulle ta koppen hem och samla ett menstruationsprov under sin nästa period. Patienten skulle sedan ta provet tillbaka till läkaren, och läkaren skulle köra endometrios testet.
detta billiga, icke-invasiva endometriostest kan potentiellt komplettera eller till och med ersätta kirurgi som diagnostisk, vilket gör det mer tillgängligt för kvinnor runt om i världen.
Rochesters team utvecklade dessutom endometrios utbildningsverktyg för läkare och allmänheten för att öka medvetenheten om sjukdomen och uppmuntra ytterligare forskning., Ett av dessa verktyg är en prediktiv modell med 42 variabler som kan användas för att genomföra en självbedömning innan du konsulterar en läkare eller som ett kliniskt verktyg för att komplettera ett fysiskt test. Teamets utbildningsmaterial, som de hade översatt till många olika språk, är alla tillgängliga i ett Open-access-format.,
”vi lärde oss att många endometriospatienter inte var medvetna om sin sjukdom förrän år senare, för att inte bara patienterna saknar medvetenhet själva utan även läkarna inte utbildades om sjukdomen”, säger Heather Shi ’22, en mikrobiologi och hälsa, beteende och samhällets stora, som är medlem i Rochesters iGEM-lag.
teamets arbete är dokumenterat och tillgängligt på sin wikisida, ett format som gör det möjligt för framtida studenter eller utvecklare att ta upp designen och bygga vidare på idéerna.
en ”riktigt givande” upplevelse
idag förbättras Martins hälsa mycket., Efter att ha genomgått laparoskopisk kirurgi under hennes sista år i gymnasiet gick hennes ryggsmärta och intensiv kramper bort bara två veckor efter operationen. Men hon anser sig vara en av de lyckliga.
”att gå in i det, jag trodde att det var en onödig operation”, säger hon. ”Jag trodde inte att jag hade endometrios, och jag skulle behöva spendera veckor som återhämtade sig från operationen utan anledning. I mitt fall hade jag turen att få resultaten och faktiskt få endometrios vävnaden borttagen.”
hon hoppas Rochesters iGEM-projekt kan så småningom hjälpa till att lindra en del av denna stress för andra.,
”det mest givande för mig om detta projekt sprider medvetenhet om sjukdomen”, säger Martin. ”Vanligtvis när jag först närmar mig människor om endometrios, vet människor inte om det. Det faktum att jag får arbeta på en sjukdom som personligen påverkat mig, och fortfarande kunna göra framsteg i forskningen och lära sig om sjukdomen och utbilda andra har varit riktigt givande.,”
2020 iGEM competition update
(med tillstånd av University of Rochester iGEM team)
uppdaterad 23 November 2020: med avslutningen av årets tävling har Rochesters iGEM-team blivit grundligt erkänt för sina prestationer med en guldmedalj och flera utmärkelser. Totalt 248 lag deltog i årets jamboree. Av de 42 lagen från Nordamerika fick Rochester-laget flest utmärkelser och nomineringar totalt med fem nomineringar och två utmärkelser.,
lagets prestationer inkluderar:
- Inclusivity Award
- Best Diagnostic Undergraduate Project
- Best Software Nominee
- Best Integrated Human Practices Nominee
- Best Education Nominee
visa fullständiga resultat online.
Forskare skapar artificiell pärlemor med bakterier pärlemor, även känd som pärlemor, är ett exceptionellt tufft naturmaterial som finns i skal och pärlor., Rochester biologer har utvecklat en innovativ metod för att skapa nacre i labbet-och kanske på månen.
kommer din framtida dator att tillverkas med bakterier?grafen är ett revolutionerande nanomaterial, vars upptäckt ledde till ett Nobelpris. Genom att blanda grafit med bakterier gör Rochester-forskare grafen enklare och mer miljövänliga att producera, vilket banar vägen för framtida produkter och applikationer.,
en väg till bättre antibiotika: förstå ”stressade bakterier” Rochester biolog Anne S. Meyers forskning om mekanismerna bakom bakteriens svar kan leda till effektivare antibiotika och mindre antibiotikaresistens.