Pierwsze wzmianki o nowym sposobie diagnostyki opublikowano w czasopismach takich jak Nature Communications i Nature Nanotechnology. Opisano w nich urządzenie, które łączy kombinację technologii mikrostrumieniowej z magnetycznym rezonansem jądrowym (NMR). Daje to szerokie możliwości w diagnozowaniu infekcji jak i w określaniu obecności szczepów bakteryjnych opornych na antybiotyki.  Ralph Weissleder, dyrektor Centrum Biologii Systemowej MGH, jako współautor obu publikacji, jest zdania, że nowa metoda pozwoli na uzyskanie wyników już po trzech godzinach, co znacznie przewyższa czas, jaki potrzebny jest na klasyczną metodę hodowlaną, która może trwać nawet dwa tygodnie.

Jak to działa?

Zamysłem badaczy MGH było stworzenie przenośnego urządzenia, które byłoby zdolne do wykrywania biomarkerów nowotworowych we krwi lub w bardzo małych próbkach tkanek. Komórki docelowe lub cząsteczki są najpierw znakowane cząstkami magnetycznymi, a następnie próby są przepuszczane przez system mikro NMR, zdolny do wykrywania i oznaczania tak zwanego poziomu docelowego. Pierwsze problemy, jakie napotkano w związku z diagnostyką zakażeń związane były z detekcją przeciwciał, jaką początkowo posługiwano się w celu identyfikacji bakterii. Zamiast przeciwciał, zespół zdecydował się na włączenie do analizy specyficznych sekwencji kwasów nukleinowych.

Pierwszym rodzajem drobnoustroju, jaki udało się zidentyfikować poprzez wykrycie DNA bakterii w próbach zawierających plwocinę, był gatunek Mycobacterium tuberculosis, odpowiedzialny za gruźlicę. Obyło się to poprzez wyekstrahowanie DNA z prób, a następnie powielenie sekwencji standardowymi procedurami. Następnym etapem jest przechwytywanie DNA bakterii przez kulki polimerowe zawierające specyficzne sekwencje nukleotydowe oraz magnetyczne nanocząstki, które posiadają sekwencje umożliwiające wiązanie docelowego DNA. Miniaturowa cewka NMR, będąca elementem urządzenia, odpowiedzialna jest za wykrycie, w tym przypadku, DNA M. tuberculosis w próbach badanych.

Skuteczność

Przeprowadzono liczne testy na próbach pozyskanych od pacjentów chorych na gruźlicę oraz pacjentów zdrowych. Pomyślnie zidentyfikowano wszystkie pozytywne próby pozyskane od osób chorych, zaś diagnostyka osób zdrowych nie wskazała wyników fałszywie dodatnich.  Wszystkie wyniki uzyskano w mniej niż trzy godziny. Wyniki diagnostyki u osób zakażonych M. tuberculosis i będących nosicielami wirusa HIV wykazywały większą siłę, co spowodowane jest drastycznym zwiększeniem liczby bakterii w organizmie chorego. Dodatkowo naukowcy opracowali wyspecjalizowane sondy kwasów nukleinowych były w stanie odróżnić oporne na leczenie szczepy bakterii.

Nie tylko gruźlica, ale i inne drobnoustroje!

System diagnostyki kwasów nukleinowych objąć może także zastosowanie rybosomalnego RNA (rRNA), jako biomarkera wskazującego infekcję bakteryjną oraz jako cel do etykietowania nanocząstkami. Dotąd opracowano już uniwersalne sondy zdolne do wykrywania regionu rRNA wspólnego dla wielu bakterii, ale także zestaw 13 sond zawierających specyficzne sekwencje zdolne do diagnostyki zakażeń patogenami ważnymi z punktu klinicznego, czyli Streptococcus pneumoniae, Escherichia coli czy też Staphylococcus aureus opornego na metycylinę(MRSA). Urządzenie jest na tyle czułe, by wykryć  już jeden patogen w 10 ml krwi! Testowanie systemu na krwi pacjentów z określonym już typem zakażenia przyniosło obiecujące wyniki. System zidentyfikował wszystkie gatunki wcześniej oznaczone, a ponadto udało się zidentyfikować  dwa dodatkowe, których nie udało się zidentyfikować klasycznymi technikami hodowlanymi.

Przyszłość diagnostyki zakażeń

Naukowcy są zgodni co do jednego, system daje wiele możliwości ze względu na mały rozmiar urządzenia, łatwość obsługi, zmniejszenie prawdopodobieństwa kontaminacji. Detekcja zakażeń jest niezależna od jakości próby, więc wstępne opracowanie materiału badanego nie jest konieczne. Zdolność systemu do oznaczenia profilu lekooporności szczepów badanych może pomóc w przyszłości lekarzom w odpowiednim i skutecznym dobraniu leczenia chorych pacjentów, co też daje nadzieję na walkę z rosnącą opornością na leki wśród drobnoustrojów. Dużym atutem systemu jeż także duża czułość oraz mała ilość materiału poddawanego diagnozie, co będzie pomocne w przypadku trudności w jego uzyskaniu.  Szybki czas pozyskiwania wyników, nawet przy jednej wizycie w poradni czy w klinice, usprawni kontrolę nad rozszerzeniem się zakażeń oraz przyśpieszy podjęcie decyzji dotyczących terapii bądź leczenia pacjenta. Na obecną chwilę urządzenie wymaga dalszego ulepszenia i testowania, lecz powstawanie takich technologii i rozwiązań daje nadzieję na lepszą przyszłość pacjentów oraz diagnostyki zakażeń.

Malwina Kawka

Źródło:

http://www.infection-research.de