Platforma zasnovana na papiru koju su razvili istraživači Indijskog instituta za nauku (IISc) i Centra za napredna naučna istraživanja Javaharlal Nehru (JNCASR) mogla bi pomoći da se brzo otkrije prisustvo bakterija koje izazivaju bolesti otporne na antibiotike.
Jedan od najvećih izazova čovečanstva je porast bakterija koje izazivaju bolesti koje su otporne na antibiotike. Njihova pojava je podstaknuta zloupotrebom i prekomernom upotrebom antibiotika.
Nekoliko takvih bakterija — uključujući E. coli i Staphilococcus aureus — izazvalo je preko milion smrtnih slučajeva, a predviđa se da će ovi brojevi rasti u narednim godinama, prema Svjetskoj zdravstvenoj organizaciji. Pravovremena dijagnoza može poboljšati efikasnost lečenja.
„Generalno, lekar dijagnostikuje pacijenta i daje mu lekove. Pacijent ih onda uzima 2-3 dana pre nego što shvati da lek ne deluje i vraća se lekaru. Čak i kada dijagnostikuje da je bakterija otporna na antibiotike iz krvi ili testovi urina zahtevaju vreme. Hteli smo da smanjimo to vreme do postavljanja dijagnoze“, kaže Udaj Maitra, profesor na Odeljenju za organsku hemiju, IISc.
U radu objavljenom u ACS senzori, Maitrina laboratorija i saradnici su se pozabavili ovim izazovom. Oni su razvili protokol za brzu dijagnozu koji koristi platformu zasnovanu na luminiscentnom papiru za otkrivanje prisustva bakterija otpornih na antibiotike.
Postoje različiti načini na koje bakterija postaje otporna na antibiotike. U jednom, bakterija evoluira i može prepoznati i izbaciti lek iz svoje ćelije. U drugom, bakterija proizvodi enzim koji se zove β-laktamaza, koji hidrolizuje β-laktamski prsten – ključnu strukturnu komponentu uobičajenih antibiotika kao što su penicilin i karbapenem – čineći lek neefikasnim.
Pristup koji su razvili IISc i JNCASR tim uključuje ugrađivanje bifenil-4-karboksilne kiseline (BCA) u supramolekularni hidrogel matriks koji sadrži terbijum holat (TbCh). Ovaj hidrogel obično emituje zelenu fluorescenciju kada se na njega osvetli UV svetlo.
„U laboratoriji smo sintetizovali enzim-supstrat povezujući BCA sa cikličnim [β-laktamskim] prstenom koji je deo antibiotika. Kada ovo pomešate sa TbCh hidrogelom, nema zelene emisije jer je senzibilizator ‘maskiran’ “, objašnjava Arnab Dutta, dr. student na Odseku za organsku hemiju IISc i glavni autor rada.
„U prisustvu enzima β-laktamaze, gel će proizvesti zelenu emisiju. Enzim β-laktamaze u bakterijama je onaj koji otvara lek, uništava i demaskira senzibilizator BCA. Dakle, prisustvo β-laktamaze je signalizirano zelenom emisijom.“
Luminiscencija signalizira prisustvo bakterija otpornih na antibiotike, a intenzitet luminescencije ukazuje na bakterijsko opterećenje. Za nerezistentne bakterije, utvrđeno je da je intenzitet zelene boje izuzetno nizak, što ih čini lakšim za razlikovanje od rezistentnih bakterija.
Sledeći korak je bio pronalaženje načina da se tehnologija učini jeftinom. Dijagnostički instrumenti koji se trenutno koriste su skupi, što povećava cenu testiranja.
Tim je sarađivao sa kompanijom Adiuvo Diagnostics sa sedištem u Tamil Nadu kako bi dizajnirao prilagođeni, prenosivi i minijaturni uređaj za snimanje, nazvan Illuminate Fluorescence Reader. Infuzija hidrogela u listu papira kao medijuma značajno je smanjila troškove. Instrument je opremljen različitim LED diodama koje po potrebi sijaju UV zračenje. Zelena fluorescencija iz enzima je snimljena ugrađenom kamerom, a namenska softverska aplikacija meri intenzitet, što može pomoći u kvantifikaciji bakterijskog opterećenja.
Tim iz IISc-a se povezao sa istraživačkom grupom Jaiante Haldar iz JNCASR-a kako bi proverio njihov pristup na uzorcima urina. „Koristili smo uzorke zdravih dobrovoljaca i dodali patogene bakterije da oponašaju infekcije urinarnog trakta. Uspešno je dalo rezultat u roku od dva sata“, objašnjava Maitra.
Kao sledeći korak, istraživači planiraju da se povežu sa bolnicama kako bi testirali ovu tehnologiju sa uzorcima pacijenata.
