Forskere bruger nanoteknologi til at jage efter skjulte patogener

Forskere ved University of Central Florida har udviklet en ny teknik, der kan give læger et hurtigere og mere følsomt værktøj til at opdage patogener forbundet med inflammatorisk tarmsygdom, herunder Crohns sygdom.

Den nye nanopartikelbaserede teknik kan også bruges til påvisning af andre mikrober, der har udfordret videnskabsmænd i århundreder, fordi de gemmer sig dybt i menneskeligt væv og er i stand til at omprogrammere celler til med succes at undgå immunsystemet.

Mikroberne dukker op igen år senere og kan forårsage alvorlige helbredsproblemer, som det ses i tilfælde af tuberkulose. Nuværende testmetoder til at finde disse skjulte mikrober findes, men kræver lang tid at fuldføre og forsinker ofte effektiv behandling i uger eller endda måneder.

UCF-lektor J. Manuel Perez og professor Saleh Naser og deres forskerhold har udviklet en metode, der bruger nanopartikler belagt med DNA-markører, der er specifikke for de undvigende patogener. Teknikken er effektiv og mere præcis end nuværende metoder til at opfange selv små mængder af et patogen. Vigtigere, det tager timer i stedet for uger eller måneder at levere resultater, muligvis give læger et hurtigere værktøj til at hjælpe patienter.

"Vores nye teknik har overgået traditionelle molekylære og mikrobiologiske metoder, sagde Naser, professor ved UCF College of Medicine. "Uden at gå på kompromis med specificitet eller sensitivitet, nano-metoden gav pålidelige og nøjagtige resultater inden for timer sammenlignet med måneder."

Gruppens translationelle forskningsværker udgives i dagens udgave af tidsskriftet PLOS One.

Holdet skabte hybridiserende magnetiske afslapningsnanosensorer (hMRS), der kan fiske ud og detektere små mængder DNA fra patogener, der gemmer sig i en patients celler. Det
hårtynde hMRS er sammensat af en polymer-coated jernoxidnanopartikel og er kemisk modificeret til specifikt at binde til en DNA-markør, der er unik for et bestemt patogen.

Når hMRS binder til patogenets DNA, et magnetisk resonanssignal detekteres, som forstærkes af de vandmolekyler, der omgiver nanopartiklerne. Så kan forskeren læse ændringen i den magnetiske signatur på en computerskærm eller en bærbar elektronisk enhed, såsom en smartphone, og bestemme, om prøven er inficeret med et bestemt patogen.

Forskerne brugte Mycobacterium avium spp. paratuberkulose (MAP), et patogen, der har været impliceret i årsagen til Johnes sygdom hos kvæg og Crohns sygdom hos mennesker, for at teste deres teknik. De brugte et stort antal blod- og biopsivævsprøver fra patienter med Crohns sygdom og kødprøver fra kvæg med Johnes sygdom.

"Det handler om at give læger nemme og pålidelige værktøjer til bedre at forstå spredningen af ​​en sygdom, mens de hjælper mennesker med at få behandling hurtigere, " sagde Perez, der arbejder på UCF's Nanoscience Technology Center. "Det er mit mål. Og det er her, nanoteknologi virkelig har meget at byde på, især når teknologien er blevet valideret ved hjælp af kliniske, fødevarer og miljøprøver, som det er i vores tilfælde."

National Institute of General Medical Sciences (NIGMS), som er en del af National Institutes of Health, og finansierede forskningen, sagde, at denne form for grundforskning kan danne grundlag for medicinske gennembrud.

"Lige sidste år, Dr. Perez og hans team opdagede uventet deres magnetiske nanosensorers DNA-bindingsegenskaber, og nu har de vist, at det kan blive grundlaget for en hurtig, følsom laboratorietest for svære at måle bakterier og vira i patientprøver, sagde Janna Wehrle, Ph.D., af NIGMS. "Dette er et vidunderligt eksempel på, hvor hurtigt et fremskridt kan bevæge sig fra forskningsbænken for at opfylde et vigtigt klinisk behov."