Brug af biosensorer til at levere personlige doser af antibiotika

Et team på otte EPFL -studerende har fundet på en bærbar biosensor, der kan måle mængden af ​​vancomycin i en patients blodstrøm, gør det muligt for læger bedre at kontrollere doseringen og reducere skadelige bivirkninger. Deres teknologi – udviklet til den kommende SensUs internationale konkurrence – kan med tiden også bruges til andre antibiotika.

På EPFLs Discovery Learning Labs (DLL) – uddannelsesfaciliteter designet til at fremme tværfaglig forskning – er en banebrydende ny enhed på vej. Otte kandidatstuderende i mikroteknik, bioingeniør og biovidenskab er gået sammen (SenSwiss) for at udvikle en bærbar biosensor som deres deltagelse i SensUs konkurrencen, som afholdes på Eindhoven University of Technology i Holland den 7.-8. september 2018. Deres apparat kan give præcise målinger af mængden af ​​vancomycin, et antibiotikum, der bruges som en sidste udvej behandling, i en patients blodplasma. Denne information vil hjælpe læger med at levere præcis den nødvendige mængde lægemiddel og derfor reducere forekomsten af ​​skadelige bivirkninger. For eksempel, vancomycin er kendt for at forårsage skade på nyrerne og hørelsen.

"Vi begyndte at arbejde på biosensoren sidste efterår sammen med vores kurser, og i sommer har arbejdet på det på fuld tid. At kunne bruge DLL har gjort vores forskning meget lettere, da de har alt det udstyr, vi har brug for, " siger Alix Faillétaz, en kandidatstuderende i bioingeniør. Det er andet år i træk, at EPFL deltager i SensUs, hvor dets hold skal kæmpe mod studerende fra 12 andre universiteter fra hele verden. "Konkurrencen blev lanceret for tre år siden. Den er virkelig krævende og er en kæmpe udfordring for eleverne. De skal overkomme en række problemer og lære at arbejde sammen, stole på hinanden og uddelegere opgaver baseret på den enkeltes specifikke kompetencer, " siger professor Philippe Renaud, som træner holdet.

Polarisationsbaserede målinger

SensUs har til formål at tilskynde til udvikling af biosensorer, målrettet mod en anden applikation hvert år - selvom målet altid vedrører måling af en biomarkør med indvirkning på folkesundheden. Målet er valgt af et ekspertpanel, der omfatter professor Renaud. Eksisterende test til at måle vancomycin kræver meget tid, en betydelig mængde blod og en speciel maskine, der koster titusindvis af schweizerfranc. Men EPFL-teamets bærbare biosensor kan tage målinger på mindre end fem minutter med blot et par dråber blod, og omkostninger under 5, 000 francs. Deres enhed skinner polariseret lys på en prøve, der indeholder en homogen blanding af patientens blodplasma og en syntetiseret peptidopløsning (en aminosyresekvens).

Hvordan virker det? "Vi skabte først et peptid, der binder specifikt til vancomycin, og så tilføjede vi en fluorescerende forbindelse, " siger Faillétaz. "Da vancomycin binder til det fluorescerende peptid, peptidets bevægelse bremses, og lyset, det udsender, bliver mere og mere polariseret. Ved at måle graden af ​​lyspolarisering, vi kan beregne vancomycinkoncentrationen i en patients blod. "Ifølge professor Renaud, denne metode eksisterer allerede, men har aldrig været brugt til at lave en bærbar biosensor.

Ved konkurrencen, EPFL-teamet skal ikke kun bevise deres biosensors effektivitet ved at analysere forskellige prøver, men også demonstrere dens fordele for sundhedsindustrien og dets markedspotentiale. "Ved at ændre synteseforbindelsen, vores biosensor kan bruges til at detektere andre antibiotika og biomarkører, " siger David Vilela, en kandidatstuderende i biovidenskab.