DEVICE FOR MONITORING OF INFECTION AND INFLAMMATION IN REAL-TIME
Realtime and non-invasive detection and monitoring of infections and inflammatory response by measuring erythrocyte aggregation
Credit: Cleveland Clinic
UNMET NEED
Despite the effectiveness of the current treatments and procedures, chronic hemodialysis patients live with debilitating life conditions, which are mainly due to their high vulnerability and propensity to develop severe and life-threatening infections that require frequent hospitalizations.
This increased risk is explained by the frequent and repetitive use of vascular access required for their essential hemodialysis treatment. Studies have shown that mortality from severe infections is at least 82 times higher in hemodialyzed patients as compared to the general population.
Currently, there is no effective systemic and continuous screening test for infection during dialysis treatment. Standard blood tests to monitor inflammatory markers are useful to detect infections, but they do not allow for early diagnosis given their punctual occurrence leading to significant time gaps (~4 weeks) in monitoring and detection of infection. Therefore, there is a need for reliable method for monitoring infection and inflammation in high-risk patients susceptible to contracting pathogens.
TECHNOLOGY OVERVIEW
Professor Guy Cloutier and his team have designed a non-invasive ultrasound device and a method to monitor the inflammatory response in real time by tracking the erythrocyte aggregation in blood vessels. This physiological phenomenon is amplified during an inflammatory response to an infection, leading to higher binding energy, larger, and more compact flowing aggregates. The proposed non-invasive system that is compatible with standard medical procedures can be used to monitor erythrocyte aggregation, detect abnormal inflammation, and enable early detection of infection in real-time (Figure 1). The current system can be miniaturized for constant monitoring using flexible and thin ultrasound transducers. Alternatively, mono-element ultrasound transducers can be coupled to dialysis tubing.
Figure 1: Device application on upper limb and lower limb, both locations are compatible with accurate erythrocyte aggregation measurement.
To demonstrate effectiveness of the device, first, an in vivo study in pigs under extra-corporeal circulation confirmed that the technology allows following the evolution of red blood cell aggregation over time (non-invasive measurements taken on the paw) and demonstrated the correlation with inflammatory blood markers.
Recently, a human study was completed to validate this innovative and non-invasive approach to detect inflammation and prevent life threatening infections. The device could accurately detect inflammation in chronic hemodialysis patients (n=29), as well as could be used to accurately monitor COVID-19 induced inflammatory response in patients. Notably, due to an improved methodology, the device can be used without prior calibration on a phantom setting, facilitating its integration in clinical practice.
The validation work highlights key advantages of the device:
The device was validated in clinic and is effective in detecting inflammation in hemodialysis patients and upon virus infection.
Overall, this technology is in advanced state of development, has been validated in clinical settings and is addressing a key medical need of inflammation and infection monitoring in high-risk populations.
TECHNOLOGY READINESS LEVEL (TRL)
COMPETITIVE ADVANTAGES
MARKET APPLICATIONS
PUBLICATIONS
BUSINESS OPPORTUNITY
DISPOSITIF POUR LA SURVEILLANCE EN TEMPS RÉEL DE L’INFECTION ET DE L’INFLAMMATION
Détection et surveillance non-invasive en temps réel des infections et de la réponse inflammatoire par la mesure de l'agrégation érythrocytaire
BESOIN NON SATISFAIT
Malgré l'efficacité des procédures actuelles, les patients sous hémodialyse chronique sont confrontés à des conditions de vie très pénibles, principalement à cause de leur grande vulnérabilité et à leur propension à développer des infections graves et potentiellement mortelles qui nécessitent des hospitalisations fréquentes.
Ce risque accru s'explique par l’accès vasculaire fréquent et répétitif nécessaire pour leur traitement par hémodialyse. Des études ont montré que la mortalité due à des infections graves est au moins 82 fois plus élevée chez les patients hémodialysés que dans la population générale.
À l'heure actuelle, il n'existe aucun test de dépistage systémique et continu efficace pour détecter les infections pendant le traitement par dialyse. Les analyses sanguines standard visant à surveiller les marqueurs inflammatoires sont utiles pour détecter les infections, mais elles ne permettent pas un diagnostic précoce en raison de leur caractère ponctuel, ce qui entraîne des délais importants (~4 semaines) dans la surveillance et la détection des infections. Il existe donc un besoin de développer méthodes fiables pour surveiller les infections et l'inflammation chez les patients à haut risque susceptibles de contracter des agents pathogènes.
APERÇU DE LA TECHNOLOGIE
Le professeur Guy Cloutier et son équipe ont mis au point un dispositif à ultrasons non invasif ainsi qu’une méthode permettant de surveiller la réponse inflammatoire en temps réel en suivant l’agrégation des érythrocytes dans les vaisseaux sanguins. Ce phénomène physiologique s’amplifie lors d’une réponse inflammatoire à une infection, ce qui entraîne une formation d’agrégats circulants plus volumineux et plus compacts. Le système non invasif proposé, compatible avec les procédures médicales standard, peut être utilisé pour surveiller l'agrégation des érythrocytes, détecter une inflammation anormale et permettre la détection précoce d'une infection en temps réel (Figure 1). Le système actuel peut être miniaturisé pour une surveillance continue à l'aide de transducteurs à ultrasons plus souples et fins. Il est également possible de coupler des transducteurs à ultrasons à élément unique à des tubulures de dialyse.
Figure 1: Application du dispositif au membre inférieur et antérieur, les deux positions sont permissives avec une mesure précise de l’agrégation des érythrocytes.
Pour démontrer l'efficacité du dispositif, une première étude in vivo menée sur des porcs sous circulation extracorporelle a confirmé que cette technologie permettait de suivre l'évolution de l'agrégation des globules rouges au fil du temps (mesures non invasives effectuées au niveau de la patte) et a mis en évidence une corrélation avec les marqueurs inflammatoires sanguins.
Récemment, une étude chez l'homme a été menée à bien afin de valider cette approche innovante et non invasive pour détecter l'inflammation et prévenir les infections potentiellement mortelles. Le dispositif a permis de détecter avec précision l'inflammation chez des patients sous hémodialyse chronique (n = 29) et a également pu être utilisé pour surveiller avec précision la réponse inflammatoire induite par la COVID-19 chez les patients. Il convient de noter que, grâce à une méthodologie améliorée, le dispositif peut être utilisé sans étalonnage préalable sur un fantôme, ce qui facilite son intégration dans la pratique clinique.
Les travaux de validation mettent en évidence les principaux avantages du dispositif :
Le dispositif a été validé en clinique et détecte d’une manière efficace l’inflammation dans les patients sous dialyse et infectés par un virus.
Dans l'ensemble, cette technologie en est à un stade avancé de développement, a fait ses preuves en milieu clinique et répond à un besoin médical essentiel en matière de surveillance de l'inflammation et des infections chez les populations à haut risque.
NIVEAU DE MATURITÉ TECHNOLOGIQUE
AVANTAGES CONCURRENTIELS
MARCHÉS VISÉS
OCCASION D’AFFAIRES
Dmitri Kharitidi, Ph.D. MBA
Director of Transfer
dmitri.kharitidi@axelys.ca
Dmitri Kharitidi, Ph.D., MBA
Directeur de Transfert