Быстрый анализ бактерий и проверка чувствительности к антибиотикам

Медицинские специалисты смогут обнаруживать бактерии в образцах пациентов за минуты, а не дни, благодаря новому методу, который захватывает и тестирует отдельные клетки.

В настоящее время тестирование на патогенные бактерии занимает от трех до пяти дней, поэтому врачи часто начинают лечение пациентов антибиотиками широкого спектра действия, а не целенаправленно. Обычно они не знают, устойчивы ли бактерии к выбранным антибиотикам.

"Мультирезистентные патогены — частая причина заболеваемости и смертности пациентов", — сказал Пак Кин Вонг, профессор биомедицинской и механической инженерии. "Без быстрого метода микробиологического анализа врачам часто приходится назначать антибиотики эмпирически, исходя из наихудшего сценария".

Команда создала устройство с микрофлюидными каналами, которое захватывает отдельные бактериальные клетки и опускает "потолок" канала, пока бактерия не окажется в ловушке. Затем с помощью микроскопии определяется форма бактерии.

Поскольку бактерии имеют три основные формы — сферическую, палочковидную и спиральную — этот шаг не только показывает наличие бактерий, но и начинает их классификацию.

"Инфекции мочевыводящих путей — самые распространенные бактериальные инфекции", — отметил Вонг. "Однако более 75% образцов мочи, отправляемых в лабораторию, оказываются отрицательными. Быстрое исключение или подтверждение наличия бактерий в клинически значимой концентрации кардинально улучшит уход за пациентами".

После обнаружения бактерий образец подвергается воздействию антибиотиков, и исследователи наблюдают за ростом бактерий. Если бактерия продолжает расти после воздействия, штамм считается устойчивым к этому антибиотику. Если рост прекращается или бактерия погибает, штамм не является устойчивым, и инфекцию можно лечить одним целевым антибиотиком.

Сочетание микрофлюидного захвата и воздействия антибиотиками "быстро определяет наличие бактерий, классифицирует их основные классы, обнаруживает полимикробные образцы и идентифицирует чувствительность к антимикробным препаратам непосредственно из клинических образцов на уровне одной клетки".

Система обладает 100% чувствительностью к наличию бактерий и классифицирует бактерии примерно в 83% случаев. Она также достигла 100% согласованности в идентификации антибиотикорезистентных бактерий.

Адаптируемое устройство для захвата клеток изготавливается методом литья и может быть экономично произведено в промышленных масштабах. Вонг работает с GE Global Research над созданием настольной версии системы для потенциального использования в клиниках, аптеках, отделениях неотложной помощи и кабинетах врачей. Микрофлюидный чип для анализа будет одноразовым.

"Это похоже на принтер и картриджи", — сказал Вонг. "Мы также изучаем возможность разработки портативной или ручной версии системы для других применений, таких как полевые испытания, дома престарелых и сельские клиники".

Исследователи имеют предварительный патент.