Cercetătorii au demonstrat o nouă abordare potențială pentru a evalua rapid dacă un antibiotic combate o anumită infecție. Acest lucru accelerează tratamentul adecvat și limitează dezvoltarea bacteriilor rezistente. Prin metoda lor, schimbările în mișcarea celulelor bacteriene și toate modificările cauzate de antibioticul studiat pot fi detectate rapid.

accelera

Fizicianul de la NIST (Institutul Național de Standarde și Tehnologie) urmărește semnale cauzate de cristale de cuarț acoperite cu bacterii - o nouă metodă de evaluare a acțiunii bactericide a antibioticelor. Noua metodă ia în considerare oscilațiile mecanice ale bacteriilor și orice modificări cauzate de antibiotic. Odată cu dezvoltarea metodei, tehnica poate fi utilizată pentru tratamentul medical corect în cazul medical specific și în dezvoltarea de noi medicamente.
Credit: Burrus/NIST

Cercetătorii de la Institutul Național de Standarde și Tehnologie (NIST) au demonstrat o nouă tactică pentru evaluarea rapidă a capacității unui antibiotic de a combate o infecție specifică, care accelerează utilizarea medicamentului potrivit și limitează dezvoltarea bacteriilor rezistente. Metoda lor poate detecta rapid fluctuațiile mecanice ale celulelor bacteriene și modificările cauzate de antibiotic.

Oferta speciala:

Așa cum este descris în rapoartele științifice, senzorul lor prototip oferă rezultate în mai puțin de o oră, ceea ce este mult mai rapid decât antibiogramele convenționale care necesită zile pentru creșterea coloniei bacteriene. Rezultatele întârziate din metoda clasică pot duce la complicații și progresia infecției până când se găsește medicamentul potrivit. Întârzierea rezultatelor oferă bacteriilor timp pentru a dezvolta rezistență.

Antibioticele prescrise necorespunzător și bacteriile rezistente reprezintă o amenințare majoră pentru sănătatea publică. Conform raportului Centrelor pentru Prevenirea și Controlul Bolilor din 2013, cel puțin 2 milioane de cazuri și 23.000 de decese se datorează infecțiilor cu bacterii rezistente în Statele Unite în fiecare an.

Senzorul bazat pe un rezonator de cristal de cuarț poate fi o soluție la problemă. Vibrațiile rezonatorului se schimbă într-un mod măsurabil pe măsură ce particulele de suprafață se schimbă. Celulele bacteriene sunt atașate la rezonator și acesta este un mod nou de a utiliza acest cristal super sensibil. Oamenii de știință au demonstrat în cercetările anterioare utilizarea acestui senzor pentru a măsura puritatea nanotuburilor de carbon.

Noua tehnică ține cont de mișcările mecanice ale celulelor și de răspunsul lor la antibiotic. Alți oameni de știință au descoperit că unele mișcări bacteriene devin mai lente în prezența anumitor antibiotice, dar până acum astfel de modificări au fost detectate numai cu senzori microscopici și în principal la bacteriile mobile cu bici (flagelul, care este un mijloc de mișcare a bacteriei). Noua metodă poate fi mai potrivită pentru evaluări clinice, deoarece colectarea datelor electronice este mai rentabilă și datorită faptului că detectează colonii bacteriene mari și este, de asemenea, macroscopică și fiabilă.

Senzorul este piezoelectric, ceea ce înseamnă că dimensiunile sale se schimbă atunci când există un câmp electric.

Discul subțire de cuarț piezoelectric este situat între doi electrozi. Pentru a provoca vibrațiile cristalului, la un singur electrod se aplică o tensiune neconstantă cu o frecvență stabilă aproape de frecvența de rezonanță a cristalului. Pe celălalt electrod de pe partea opusă a cristalului, oamenii de știință au înregistrat oscilația cristalului. Semnalul care prezintă fluctuații în frecvența de rezonanță provine de la celulele microbiene atașate cristalului.

Două rezonatoare de cuarț acoperite cu câteva milioane de celule bacteriene au fost utilizate în testele de confirmare. Un rezonator a fost folosit pentru a vedea efectul antibioticului asupra celulelor bacteriene, iar celălalt a fost folosit ca un control fără antibiotic.

Cu o abordare foarte sensibilă, pot fi detectate modificări ale frecvenței induse de celule sub 10 miliarde. Experimentele arată că cantitatea de fluctuații se corelează cu densitatea celulelor bacteriene vii. Bacteriile sunt apoi tratate cu un antibiotic și frecvența fluctuațiilor este semnificativ redusă. Bacteriile cu bici blocate au fost folosite pentru a evita influența mișcărilor lor. Astfel, cercetătorii cred că fluctuațiile sunt cauzate de vibrațiile pereților celulari.

Cercetătorii au descoperit că Escherichia coli a răspuns la două antibiotice, polimixina B (PMB) și ampicilina. Frecvența generată de celule s-a apropiat de zero în șapte minute după adăugarea PMB. Frecvența fluctuațiilor a început să scadă la 15 minute după adăugarea ampicilinei și a continuat să scadă mai rapid ca urmare a dezintegrării celulare și a morții. Acest timp este legat de durata normală de acțiune a antibioticelor.

După aceste măsurători, autorii au confirmat eficiența antibioticelor prin creșterea coloniilor de bacterii rămase și sa dovedit că ambele antibiotice au redus semnificativ numărul de celule vii.

Traducere: Nadezhda Radovanova