Устройство размером со спичечный коробок проверяет эффективность антибиотиков за минуты

Исследователи из EPFL создали устройство размером со спичечный коробок, которое может обнаружить бактерии за пару минут вместо нескольких недель.

Нанорычаг вибрирует в присутствии бактериальной активности, а лазер считывает эту вибрацию и преобразует её в электрический сигнал, который легко интерпретировать — отсутствие сигнала означает отсутствие бактерий. Благодаря этому методу можно быстро и легко определить, подействовал ли антибиотик на бактерии, что особенно важно для устойчивых штаммов. Устройство, простое в использовании в клиниках, также может оказаться полезным для тестирования химиотерапии. Исследование опубликовано в последнем номере Nature Nanotechnology.

"Этот метод быстр и точен. И он может стать бесценным инструментом как для врачей, подбирающих правильную дозировку антибиотиков, так и для исследователей, определяющих наиболее эффективные методы лечения", — объясняет Джованни Диетлер.

Лазер и нанотехнологии считывают метаболическую активность бактерий

В настоящее время измерение реакции бактериальной инфекции на лечение антибиотиками занимает много времени. Клиницисты должны культивировать бактерии, а затем наблюдать за их ростом, иногда почти месяц, как в случае с туберкулёзом, чтобы определить эффективность лечения.

Благодаря достижениям в лазерной и оптической технологиях команда физиков из EPFL сократила это время до пары минут. Для этого Джованни Диетлер, Шандор Касас и Джованни Лонго использовали микроскопические движения, связанные с метаболизмом бактерий.

Эти "признаки жизни" почти незаметны. Чтобы их зафиксировать, исследователи помещают бактерии на чрезвычайно чувствительное измерительное устройство, которое заставляет вибрировать крошечный рычаг — лишь немногим толще волоса — в присутствии определённой активности. Рычаг вибрирует под действием метаболической активности микробов. Эти бесконечно малые колебания, порядка одной миллионной миллиметра, определяют наличие или отсутствие бактерий.

Чтобы измерить эти вибрации, исследователи направляют лазер на рычаг. Отражённый свет преобразуется в электрический сигнал для интерпретации врачом или исследователем. Когда электрический сигнал представляет собой прямую линию, это означает, что все бактерии мертвы; считывать это так же просто, как электрокардиограмму.

Перспективный метод для лечения рака

Исследователи миниатюризировали инструмент — сейчас он размером со спичечный коробок. "Заменив лазер на пьезоэлектрическое устройство, мы могли бы ещё больше уменьшить его размер до размеров микрочипа", — говорит Джованни Диетлер. Затем такие чипы можно было бы объединить, чтобы протестировать действие ряда антибиотиков на один штамм всего за пару минут.

В настоящее время исследователи оценивают потенциал инструмента в других областях, в частности, в онкологии. Они изучают возможность измерения метаболизма опухолевых клеток, подвергшихся воздействию противораковой терапии, для оценки её эффективности. "Если наш метод сработает и в этой области, у нас в руках действительно будет бесценный инструмент, который позволит нам разрабатывать новые методы лечения, а также быстро и просто проверять, как пациент реагирует на терапию", — говорит Шандор Касас.