Deze professor aan de Rice University ontwikkelde technologie om kanker op te sporen

Voor zijn ‘bijdragen aan optische oplossingen voor kankerdetectie en leiderschap bij het vestigen van het veld van mondiale gezondheidstechniek’ is Richards-Kortum de ontvanger van de IEEE Medal for Innovation in Healthcare Technology 2023. De prijs wordt gesponsord door de IEEE Engineering in Medicine en Biologische Vereniging.

Richards-Kortum, een senior lid van de IEEE, zegt dat de onderscheiding een prachtige eer is waarvan ze nooit had gedacht dat ze die zou ontvangen.

“Ik ben nederig en dankbaar voor alle geweldige mensen met wie ik werk”, zegt ze. “Dit is een eer die zonder hen niet mogelijk zou zijn geweest, en die gaat hen allemaal toe.”

Een passie vinden voor medisch natuurkundig onderzoek

Richards-Kortum was al op jonge leeftijd gepassioneerd door wiskunde en wetenschappen. Toen ze op de middelbare school zat, dacht ze dat ze graag wiskundeleraar wilde worden. Maar tijdens haar eerste jaar aan de Universiteit van Nebraska-Lincoln volgde ze natuurkundelessen en werd dankzij haar professor verliefd op het vakgebied, zegt ze.

Ze besloot dat ze natuurkunde wilde studeren, maar tijdens haar tweede semester begon ze zich zorgen te maken over de baanzekerheid als natuurkundige. Ze sprak met David Selmyer, voorzitter van de natuurkundefaculteit, over haar zorgen. Hij overtuigde haar door haar een baan aan te bieden als onderzoeksstudent in zijn laboratorium.

“Ik ben hem erg dankbaar omdat hij echt mijn ogen heeft geopend voor de wereld van onderzoek en ontwikkeling”, zegt ze. “Ik heb twee jaar voor hem gewerkt en het heeft mijn leven compleet veranderd. Vroeger had ik geen idee dat universiteitsprofessoren zoiets deden onderzoek. Toen ik het eenmaal ontdekte, merkte ik dat ik er dol op was.”

Nadat ze in 1985 afstudeerde met diploma’s in natuurkunde en wiskunde, ging ze als afgestudeerde student naar het MIT met als doel een carrière in de medische techniek na te streven. Ze behaalde in 1987 haar masterdiploma natuurkunde en werd toegelaten tot de doctoraatsopleiding medische natuurkunde aan het Instituut. programma.

“Het is een voorrecht om deel uit te maken van een team dat zorg biedt aan patiënten die ons bestaande gezondheidszorgsysteem traditioneel niet goed biedt.”

Ze deed haar promotieonderzoek onder leiding van Michael S. Feld, die het Laser Biomedical Research Center van MIT oprichtte om fluorescentie- en spectroscopie-instrumenten te ontwikkelen voor ziektediagnose en endoscopie- en optische tomografie-beeldvormingsinstrumenten. Richards-Kortum heeft met artsen samengewerkt om dergelijke hulpmiddelen te ontwikkelen.

“Ik heb veel geleerd over hoe ik met artsen moet werken”, zegt ze, en voegt eraan toe dat het werken bij het onderzoekscentrum haar heeft geholpen “de barrières te begrijpen waarmee artsen worden geconfronteerd bij de zorg voor patiënten en hoe technologen kunnen helpen bij het verbeteren van de medische zorg met betere apparatuur. .”

Nadat ze haar Ph.D. In 1990 trad ze toe tot de Universiteit van Texas in Austin als hoogleraar biomedische technologie. Ze bracht daar de volgende 15 jaar door en leidde onderzoek op het gebied van optische beeldvorming, gericht op de vroege detectie van baarmoederhals-, mond- en slokdarmkanker. Vroege detectie, merkt ze op, kan het sterftecijfer aanzienlijk verlagen.

Ze verliet de Universiteit van Texas in 2005 om zich bij Rice University aan te sluiten.

Kankerzorg naar achtergestelde gemeenschappen brengen

In 2006 raakte Richards-Kortum geïnteresseerd in het ontwikkelen van technologie voor achtergestelde gemeenschappen in Afrika nadat hij de opening had bijgewoond van een Baylor International Pediatric AIDS Initiative-kliniek in Lilongwe, Malawi. De ervaring heeft haar leven veranderd, zegt ze.

Wat haar het meest opviel toen ze de klinieken bezocht, zegt ze, was dat ze allemaal kamers vol kapotte apparatuur hadden. Geïmporteerde machines waren niet bestand tegen de hitte, het stof en de vochtigheid van Malawi en konden niet worden gerepareerd omdat het land geen onderdelen en goed opgeleide technici had.

Joe Langton [left]Maria Oden en Rebecca Richards-Kortum praten met een nieuwe moeder over de CPAP-machine (Continuous Positive Airway Pressure) die wordt gebruikt in de Chatinkha-kwekerij in Blantyre, Malawi.

Richards-Kortum keerde terug naar Texas met een nieuwe missie: het ontwerpen van medische apparatuur voor klinieken in achtergestelde gemeenschappen die bestand zijn tegen barre klimaten en gemakkelijk kunnen worden gerepareerd. Ze wilde ook studenten bij het werk betrekken.

Om haar te helpen richtte zij samen met collega Z. Maria Oden, eveneens hoogleraar bio-engineering, het Rice360 Institute for Global Health Technologies op. Niet-gegradueerde en afgestudeerde studenten van het instituut ontwikkelen betaalbare medische technologieën om gezondheidsproblemen over de hele wereld te helpen oplossen.

Richards-Kortum vormde een instituutsteam van onderzoekers, artsen en studenten om een ​​hulpmiddel te ontwerpen dat precancereuze cellen kon detecteren om mond- en baarmoederhalskanker te voorkomen.

Precancereuze cellen, die abnormaal zijn gegroeid in grootte, vorm of uiterlijk, hebben een grote kans kanker te worden. Vooral precancereuze epitheelcellen in de mond en de baarmoederhals ontwikkelen zich waarschijnlijk tot kanker. Het meest voorkomende teken dat epitheelcellen precancereus zijn, is dat hun kernen vergroot zijn, aldus de American Cancer Society.

Wanneer precancereus weefsel wordt gevormd, groeien er nieuwe bloedvaten om het van bloed te voorzien. Omdat hemoglobine in rode bloedcellen zichtbaar licht absorbeert, ontwikkelde het team van Richards-Kortum een ​​glasvezelsonde die beelden kan produceren van het onderliggende netwerk van nieuwe bloedvaten. De tool kan ook epitheelcellen en hun kernen in beeld brengen.

Een micro-endoscoop met hoge resolutie (HRME) geeft antwoorden over de intracellulaire structuur van een persoon zonder dat een biopsie nodig is. Het apparaat, dat ongeveer zo groot is als een dvd-speler, bevat een spiegel van 475 nanometer, een optische sensor en een buislens van 150 millimeter. Aan de ene kant is een flexibele vezelbundel met een diameter van slechts 1 mm verbonden met een lichtbron en een digitale CCD-camera erin. De lichtbron is een blauwe LED met een maximale golflengte van 455 nm. Aan de andere kant van het apparaat zit een kabel die kan worden aangesloten op een laptop, tablet of smartphone.

Om het weefsel van de patiënt in beeld te brengen, brengt de arts een plaatselijke contrastgel aan op het te testen gebied en plaatst vervolgens een vezelbundel over het weefsel. Een deel van het licht uit de vezel wordt door het weefsel gereflecteerd en deze emissies worden door de spiegel doorgelaten en gefocusseerd op de optische sensor en de buislens. Beelden van epitheelcellen worden overgebracht naar een laptop, tablet of telefoon. HRME kan een gebied vastleggen met 80 frames per seconde. Het apparaat identificeert precancereus weefsel in 95 procent van de gevallen correct, meldt Richards-Kortum, en op kunstmatige intelligentie gebaseerde algoritmen zijn in het hulpmiddel ingebouwd om de prestaties verder te verbeteren.

“Door [using the tool] artsen kunnen veranderingen in de nucleaire structuur en veranderingen in de vasculaire structuur met elkaar in verband brengen om te zien of er grote aantallen precancereuze cellen zijn”, zegt Richards-Kortum. Zorgverleners gebruiken HRME om patiënten te screenen op baarmoederhals-, mond- en slokdarmkanker in klinieken over de hele wereld , onder meer in Botswana, Brazilië en El Salvador.

Verbetering van de neonatale zorg in Afrika bezuiden de Sahara

In 2007 begonnen Richards-Kortum, Oden en hun team met het ontwikkelen van technologie om de gezondheidszorg voor pasgeborenen te verbeteren en de sterftecijfers in Afrika ten zuiden van de Sahara terug te dringen.

Hun eerste uitvinding was een apparaat voor continue positieve luchtwegdruk (CPAP) voor baby’s met ademhalingsproblemen. Het bestaat uit een schoenendoos met daarin een herbruikbare waterfles van 900 gram, die is aangesloten op een pomp die lucht door de fles naar de luchtwegen van de baby stuurt. Hun CPAP-machine werd in 2014 op de markt gebracht en wordt nu in meer dan 35 landen gebruikt.

Maar dat hulpmiddel hielp slechts bij één gezondheidsprobleem waarmee pasgeborenen te maken konden krijgen, zegt ze. Om medische hulpmiddelen te ontwikkelen om de uitgebreide zorg voor pasgeborenen te verbeteren, hielpen zij en Oden in 2017 bij de lancering van Essential Neonatal Solutions and Technologies, bekend als NEST360. Het initiatief brengt ingenieurs, artsen, professionals in de gezondheidszorg en ondernemers van twaalf organisaties samen, waaronder het Malawi College of Medicine, de London School of Hygiene and Tropical Medicine en het Ifakara Health Institute.

Het initiatief ontwikkelde de NEST360 Newborn Toolkit. Het bevat 17 machines, waaronder een stralingsverwarmer en een couveuse om de lichaamstemperatuur van de baby op peil te houden; diagnostische hulpmiddelen voor sepsis en infecties; en een spuitpomp met laag vermogen voor het afgeven van medicatie, vloeistof of formule. De groep heeft 10.000 medische professionals getraind in het gebruik van de kits.

Momenteel gebruiken 65 ziekenhuizen en klinieken in Kenia, Malawi, Nigeria en Tanzania de kits, die binnenkort zullen worden geleverd aan ziekenhuizen in Ethiopië, aldus functionarissen.

NEST360 schat dat de kit de levens van 500.000 pasgeborenen per jaar verbetert.

“Deel uitmaken van een team dat zorg verleent aan patiënten die traditioneel onderbediend zijn door ons bestaande gezondheidszorgsysteem is een voorrecht”, zegt Richards-Kortum.

Een brug tussen EE en gezondheidszorg

Richards-Kortum sloot zich aan bij IEEE terwijl hij lesgaf aan de Universiteit van Texas.

“Ik waardeer enorm de manier waarop de organisatie heeft nagedacht over de intersectionaliteit tussen elektrotechniek en zorgtechnologie”, zegt ze. “IEEE is een belangrijke stem geweest in het vooruit helpen van docenten en studenten op een manier die gelijkheid voorop stelt.”

Professionele netwerkmogelijkheden zijn ook een belangrijke troef, zegt ze. Richards-Kortum raadt haar studenten aan om zich niet alleen bij IEEE aan te sluiten vanwege de netwerkmogelijkheden, maar ook voor de programma’s voor professionele ontwikkeling en permanente educatie, evenals de mogelijkheid om onderzoeksvooruitgang te delen en te leren.