Nano- og laserteknologi pakket ind i små apparater tester antibiotikabehandling på få minutter

Forskere ved EPFL har bygget en tændstikæske-størrelse, der kan teste for tilstedeværelsen af ​​bakterier på et par minutter, i stedet for op til flere uger.

Et nanohåndtag vibrerer ved tilstedeværelse af bakteriel aktivitet, mens en laser aflæser vibrationen og omsætter den til et elektrisk signal, der let kan aflæses - fraværet af et signal betyder fravær af bakterier. Takket være denne metode, det er hurtigt og nemt at afgøre, om en bakterie er blevet effektivt behandlet med et antibiotikum, et afgørende medicinsk værktøj især til resistente stammer. Bruges nemt i klinikker, det kan også vise sig nyttigt til at teste kemoterapibehandling. Forskningen er offentliggjort i det seneste nummer af Natur nanoteknologi .

"Denne metode er hurtig og præcis. Og den kan være et værdifuldt værktøj for både læger, der leder efter den rigtige dosering af antibiotika, og for forskere til at afgøre, hvilke behandlinger der er mest effektive, " forklarer Giovanni Dietler.

Laser og nanoteknologi aflæser bakteriernes stofskifteaktivitet

Det tager i øjeblikket lang tid at måle en bakteriel infektions respons på antibiotikabehandling. Klinikere skal dyrke bakterierne og derefter observere dens vækst, nogle gange i næsten en måned, som det er tilfældet med tuberkulose, for at afgøre, om behandlingen har været effektiv.

Takket være fremskridt inden for laser- og optisk teknologi, EPFL-teamet af fysikere har reduceret denne tid til et par minutter. For at gøre det, Giovanni Dietler, Sandor Kasas og Giovanni Longo har udnyttet de mikroskopiske bevægelser af en bakteries stofskifte.

Disse vitale tegn er næsten uopfattelige. For at teste for dem, forskerne placerer bakterierne på et ekstremt følsomt måleapparat, der vibrerer et lille håndtag - kun lidt tykkere end et hårstrå - i nærvær af en vis aktivitet. Håndtaget vibrerer derefter under den metaboliske aktivitet af bakterierne. Disse uendeligt små svingninger, i størrelsesordenen en milliontedel af en millimeter, bestemme tilstedeværelsen eller fraværet af bakterierne.

For at måle disse vibrationer, forskerne projicerer en laser på håndtaget. Lyset reflekteres derefter tilbage, og signalet omdannes til en elektrisk strøm, der skal fortolkes af klinikeren eller forskeren. Når den elektriske strøm er en flad linje, man ved, at bakterierne alle er døde; det er lige så let at læse som et elektrokardiogram.

En lovende metode til kræftbehandling

Forskerne har miniaturiseret værktøjet - det er i øjeblikket på størrelse med en tændstikæske. "Ved at forbinde vores værktøj med en piezoelektrisk enhed i stedet for en laser, vi kunne yderligere reducere dens størrelse til størrelsen af ​​en mikrochip, " siger Giovanni Dietler. De kunne derefter kombineres for at teste en række antibiotika på én stamme på kun et par minutter.

Forskerne vurderer i øjeblikket værktøjets potentiale på andre områder, bl. især onkologi. De undersøger måling af metabolismen af ​​tumorceller, der har været udsat for kræftbehandling, for at evaluere effektiviteten af ​​behandlingen. "Hvis vores metode også virker på dette område, vi har virkelig et værdifuldt værktøj på hånden, som kan give os mulighed for at udvikle nye behandlinger og også teste både hurtigt og enkelt, hvordan patienten reagerer på kræftbehandlingen, " siger Sandor Kasas.