En levende engangslaser printet på chip til lægemiddelscreening

Forskere har skabt en ny måde at overvåge subtile lægemiddelinteraktioner mellem bakterier og antibiotika. Ved at bruge en almindelig kontor inkjet printer, forskere fra NTU Singapore og Kina udviklede en levende engangslaser på chip ved at indkapsle levende bakterier indeni. Stærke laseremissioner genereret fra bakterier inde i dråben vil blive dramatisk forbedret under lægemiddelinteraktioner. Dette gennembrud kan muliggøre mere følsomme og high-throughput test ved hjælp af mikro-nano laserteknologi i den nærmeste fremtid.

Antibiotika har forvandlet medicinområdet ved at gøre det muligt at behandle mange mikrobielle sygdomme i dag. Overvågning af interaktionerne mellem bakterier og antibiotika (patogene lægemidler) er derfor et kritisk skridt for yderligere evaluering af lægemiddeleffektivitet. Forskellige typer teknologier er blevet udviklet i løbet af det sidste årti i jagten på et yderst følsomt værktøj til at overvåge interaktioner mellem lægemidler og bakterier. På grund af mange begrænsninger, konventionelle teknikker tager normalt længere tid at se et tydeligt resultat af lægemiddelinteraktionerne. Det er derfor meget udfordrende at identificere små dynamiske interaktioner.

Nylige fremskridt inden for mikrolasere har demonstreret dens kraftfulde egenskaber med hensyn til signalforstærkning, stærk intensitet, og høj følsomhed for biomedicinsk sansning. På jagt efter et enklere og mere følsomt detektionsværktøj, En ny undersøgelse ledet af professor Yu-Cheng Chen ved Nanyang Technological University (NTU Singapore) har nu udviklet en vaskbar, levende engangslaser, som kan overvåge bittesmå dynamiske bakterier-lægemiddel-interaktioner på en chip. De små lasere fungerer som en meget følsom kulturfri sensor, hvor levende bakterier var indkapslet i de mikrostore vanddråber. Spændte over deres resultater offentliggjort i Analytisk kemi , Prof. Yu-Cheng Chen, en adjunkt ved Nanyang Technological University, NTU Singapore siger, "Det er forbløffende, at disse bittesmå biologiske levende lasere kan udskrives direkte fra en kontorinkjetprinter. Med fordelene ved inkjetprintning, de levende lasere kan fremstilles til en massedimension på få sekunder. Det fede er, du kan derefter vaske laserne af og udskrive igen efter detektion."

Forberedelsen af ​​disse sensorer fandt sted i tre trin. Først, forskerne mærkede bakterierne (Escherichia coli) med nukleisyrefarvestoffer, som kunne genkende DNA og RNA i celler. Derefter blev cellerne sammen med dets cellemedium sprøjtet ind i kontorprinteren, hvor antibiotika kan tilsættes direkte i pipettespidserne (eller skrivehovedet). Halvkugle mikrodråber blev derefter trykt i array på spejlchips. Endelig, det levende laserarray blev scannet med en laserstråle for at generere laseremissionsbilleder fra hviskende-galleritilstande.

Da lægemidlet interagerer med bakterier, cellemembranen ville blive ødelagt, og på tur, mere fluorescerende DNA (forstærkningsmolekyle) vil blive frigivet til dråben gennem tiden og bidrage til WGM'er, hvilket resulterer i stærkere laseremission. Fordi lasersignalet er meget følsomt over for ændringerne af farvestofmolekylerne ved dråbegrænsefladen, derfor, lille stigning i de frigivne DNA-molekyler kan fanges og resultere i en væsentlig ændring i forstærkningsfordelingen og laseremissioner. Resultaterne viste, at laseremissionsbilledanalyse er meget mere følsom end fluorescensbilledanalyse med to størrelsesordener, hvor fluorescensbilleder bliver mættede efter kort tid. Professor Chen Yu-Cheng siger, "Vores resultater viser, at forstærkningen, der opstår under lasergenerering, gjorde det muligt for os at kvantificere små ændringer i biologiske processer i forstærkningsmediet."

I samarbejde med Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology i Kina, holdets nye levende laserbiosensordesign eliminerer ikke kun behovet for tidskrævende og besværlig cellekultur, men forenkler også sensorkonfiguration uden krav om nogen kompleks fremstilling. Mest vigtigt, et nyt koncept for bioanalyse baseret på laseremissionsbilleder blev foreslået for at kvantificere de underliggende biokemiske og biologiske processer in vitro eller in vivo, baner vejen for high-throughput on-chip laseranalyse af levende organismer.

Med hensyn til de vigtige fremtidige anvendelser af deres arbejde, Lektor Shilun Feng, hvem er medforfatteren forklarer, "Dette er et fantastisk værk ved at fusionere mikrofluidisk fremstilling med levende lasere på en chip. Den samme tilgang kunne anvendes på en bred vifte af levende arter, inklusive levende celler, bakterie, vira, og proteininteraktioner. Denne teknologi kan muliggøre rettidig diagnose og behandling med høj følsomhed. Med det hurtige behov for lægemiddelscreening mod vira, denne teknologi kan endda gøre det muligt for vira eller bakterier at dyrke inde i mikrodråberne og overvåge de dynamiske interaktioner med lægemidler. " Ja, selvom der stadig er lang vej til at kæmpe for mange sygdomme i fremtiden, deres enhed repræsenterer en milepæl for at implementere biologisk levende laser til high-throughput analyse af levende organismer.