Schneller chip-test für antibiotikaresistenten bakterien in sicht


Schneller chip-test für antibiotikaresistenten bakterien in sicht

Zur Zeit, um die Bakterien hinter einer Antibiotika-resistenten Infektion zu diagnostizieren, müssen Ärzte Proben in das Labor schicken und warten Tage für ein Ergebnis. Jetzt haben Forscher einen Weg gefunden, um die Tage des Wartens auf Stunden zu schrumpfen, mit einfacher Chip-basierter Technologie, die in ein Tischgerät passen könnte.

Die Bakterien werden in winzigen Brunnen kultiviert, jeweils mit einem Filter, um sie zu fangen, und Elektroden, um ihren Stoffwechsel zu lesen.

Bildnachweis: Universität von Toronto

Das Team, von der Universität von Toronto in Kanada, beschreibt die neue Technologie und wie sie es getestet haben, in der Zeitschrift Labor auf einem Chip .

Antibiotika-Resistenz ist ein wachsendes Problem der öffentlichen Gesundheit, das zum Teil durch den ungenauen Einsatz von Antibiotika ergänzt wird.

Denn es dauert derzeit 2 oder 3 Tage für einen Labortest, um die Bakterien hinter einer Infektion zu identifizieren, Ärzte starten Patienten aus einem breiten Spektrum Antibiotikum.

Manchmal ist diese "eine Größe passt alle" Ansatz funktioniert, aber manchmal ist es nicht, und es ist nur, wenn das Labor Ergebnis kommt, dass Ärzte können dann verschreiben eine spezifischere Droge, die eher die Bakterien zu töten ist.

Ein schnellerer Test, der lokal durchgeführt werden kann, bedeutet, dass der Arzt das richtige Medikament sofort abgeben und die Exposition von Bakterien gegenüber Antibiotika reduzieren könnte.

Lead-Autorin Justin Besant, Doktorandin am Institut für Biomaterialien und Biomedizinische Technik in Toronto, erklärt:

"Raten kann zu Widerstand gegen diese Breitband-Antibiotika führen, und im Falle von schweren Infektionen, um viel schlechtere Ergebnisse für den Patienten."

Keine Notwendigkeit zu warten, bis Bakterien in Kultur wachsen

Infektion mit einer resistenten Version eines Bakteriums kann einen Routine-Krankenhausaufenthalt in einen Alptraum verwandeln. Jedes Jahr in den USA, 2 Millionen Menschen Vertrag Antibiotika-resistente Infektionen, und mehr als 23.000 sterben von ihnen.

Der Grund aktuelle Tests nehmen Tage und nicht Stunden ist, weil Sie eine hohe Konzentration von Bakterien benötigen. So wird die Probe des Patienten in einer Kultur für ein paar Tage gezüchtet, bis die Population der Bakterien auf ein nachweisbares Niveau ansteigt.

Besant und Kollegen kombinierten Fachwissen in der Elektro- und Biomedizintechnik, um einen Chip zu entwerfen, der Bakterien aus der Patientenprobe in nur zwei Nanolitres Volumen drückt. In diesem winzigen Raum kann der Chip die effektive Konzentration der Bakterien erhöhen.

Der Chip besteht aus Glas mit mikrofluidischen Vertiefungen. Am unteren Ende jeder Vertiefung befindet sich ein Filter aus Mikroperlen, die die Bakterien fangen, während die Probe durch den Chip fließt.

Die Bakterien sammeln sich in den winzigen Brunnen zusammen mit dem Testantibiotikum und einem Molekül namens Resazurin, das eine elektrochemische Signatur aussendet.

Bakterien metabolisieren Resazurin in Resorufin, also wenn sie am Leben bleiben, ändert sich die elektrochemische Signatur vom Resazurin in das Resorufin. Aber wenn das Antibiotikum die Bakterien tötet, dann bleibt die Signatur als Resazurin.

Elektroden, die in den Chip eingebaut sind, erkennen die Änderung der elektrochemischen Signatur und können dies als Auslesung des Ergebnisses weiterleiten.

Technologie könnte in ein "sehr kleines Tischgerät" passen

Besant sagt, dass ihr Gerät zwei Vorteile bietet:

"Eins, wir haben eine Menge Bakterien in einem sehr kleinen Raum, so dass unsere effektive Startkonzentration viel höher ist und zwei, wie die Bakterien sich vermehren und das Resazurin-Molekül umwandeln, ist es effektiv in diesem Nanolitertröpfchen stecken - es kann nicht diffundieren Weg in die Lösung, so kann es sich schneller auf nachweisbare Werte ansammeln."

Er und sein Team glauben, dass ihr Ansatz der erste ist, um eine Möglichkeit zu schaffen, die Probenkonzentration mit einem einfachen elektrochemischen Auslesen zu erhöhen. Das Ergebnis ist ein Werkzeug, das bei der Diagnose und Behandlung von bakteriellen Infektionen viel schneller hilft.

Es gibt schnellere Möglichkeiten, um Antibiotika-resistente Bakterien mit Fluoreszenz-Erkennung zu diagnostizieren, aber diese Methoden erfordern sperrige und teure Mikroskope, um die Ergebnisse zu betrachten. Besant erklärt den offensichtlichen Vorteil eines Gerätes basierend auf ihrem Ansatz bietet:

Die Elektronik für unser elektrochemisches Auslesen kann leicht in ein sehr kleines Tischgerät passen, und das können Sie zum Beispiel in einer Arztpraxis sehen."

Er sieht den nächsten Schritt als die Schaffung eines Gerätes, das mehrere Antibiotika gleichzeitig testen kann, in verschiedenen Konzentrationen.

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