Dobijanje rezultata testa krvi može trajati od jednog dana do nedelje, u zavisnosti od toga šta test cilja. Isto važi i za testove zagađenja vode i kontaminacije hrane. I u većini slučajeva, vreme čekanja ima veze sa koracima koji oduzimaju mnogo vremena u obradi i analizi uzorka.
Sada su inženjeri MIT-a identifikovali novi optički potpis u široko korišćenoj klasi magnetnih perli, koji bi se mogli koristiti za brzo otkrivanje zagađivača u različitim dijagnostičkim testovima. Na primer, tim je pokazao da se potpis može koristiti za otkrivanje znakova salmonele zagađivača hrane.
Takozvane Dinabeads su mikroskopske magnetne perle koje mogu biti obložene antitelima koja se vezuju za ciljne molekule, kao što je specifični patogen. Dinabeads se obično koriste u eksperimentima u kojima se mešaju u rastvore za hvatanje molekula od interesa. Ali odatle, naučnici moraju da preduzmu dodatne, dugotrajne korake kako bi potvrdili da su molekuli zaista prisutni i vezani za perle.
Tim MIT-a je pronašao brži način da potvrdi prisustvo patogena vezanih za Dinabead, koristeći optiku, posebno Ramanovu spektroskopiju. Ova optička tehnika identifikuje specifične molekule na osnovu njihovog „Ramanovog potpisa“, ili jedinstvenog načina na koji molekul rasipa svetlost.
Istraživači su otkrili da Dinabeads imaju neobično jak Ramanov potpis koji se lako može otkriti, slično kao fluorescentna oznaka. Ovaj potpis, otkrili su, može da deluje kao „izveštač“. Ako se otkrije, signal može poslužiti kao brza potvrda, u roku od manje od sat vremena, da je ciljni patogen zaista prisutan u datom uzorku. Tim trenutno radi na razvoju prenosnog uređaja za brzo otkrivanje niza bakterijskih patogena, i objavio je svoje rezultate u članku koji je trenutno dostupan na arKsiv serveru za preprint i zakazan za objavljivanje u specijalnom izdanju Journal of Raman Spectroscopi.
„Ova tehnika bi bila korisna u situaciji kada lekar pokušava da suzi izvor infekcije kako bi bolje informisao o prepisivanju antibiotika, kao i za otkrivanje poznatih patogena u hrani i vodi“, kaže koautor studije. Marissa McDonald, diplomirani student na Harvard-MIT programu zdravstvenih nauka i tehnologije. „Pored toga, nadamo se da će ovaj pristup na kraju dovesti do proširenog pristupa naprednoj dijagnostici u okruženjima sa ograničenim resursima.“
Koautori studije na MIT-u su postdoktorski saradnik Jongvan Lee; Gostujući naučnik Nikive Mhlanga; Istraživač naučnik Jeon Voong Kang; Tata profesor Rohit Karnik, koji je takođe pomoćnik direktora Abdul Latif Jameel Laboratorije za sisteme vode i hrane; i docent Loza Tadese Departmana za mašinstvo.
Traženje bolesnih ćelija i patogena u uzorcima tečnosti je vežba strpljenja.
„To je neka vrsta problema sa iglom u plastu sena“, kaže Tadese.
Prisutni brojevi su toliko mali da se moraju uzgajati u kontrolisanim sredinama do dovoljnog broja, a njihove kulture obojene, a zatim proučavane pod mikroskopom. Ceo proces može potrajati od nekoliko dana do nedelje da bi dao siguran pozitivan ili negativan rezultat.
Laboratorije Karnik i Tadesse su nezavisno razvijale tehnike kako bi ubrzale različite delove procesa testiranja patogena i učinile proces prenosivim, koristeći Dinabeads.
Dinabeads su komercijalno dostupne mikroskopske perle napravljene od magnetnog gvozdenog jezgra i polimerne školjke koja može biti obložena antitelima. Površinska antitela deluju kao kuke za vezivanje specifičnih ciljnih molekula. Kada se pomeša sa tečnošću, kao što je bočica krvi ili vode, svi prisutni molekuli će se preliti na Dinabeads. Koristeći magnet, naučnici mogu nežno navesti perle na dno bočice i filtrirati ih iz rastvora. Karnikova laboratorija istražuje načine da dalje odvoji perle na one koje su vezane za ciljni molekul i one koje nisu. „Ipak, izazov je kako da znamo da imamo ono što tražimo?“ Tadesse kaže.
Same perle se ne vide okom. Tu dolazi do Tadeseovog rada. Njena laboratorija koristi Ramanovu spektroskopiju kao način za „otisak prsta“ patogena. Otkrila je da različite vrste ćelija raspršuju svetlost na jedinstvene načine koji se mogu koristiti kao potpis za njihovu identifikaciju.
U novom radu tima, ona i njene kolege su otkrile da Dinabeads takođe ima jedinstven i snažan Ramanov potpis koji može da deluje kao iznenađujuće jasan svetionik.
„U početku smo tražili da identifikujemo potpise bakterija, ali potpis Dinabeads-a je zapravo bio veoma jak“, kaže Tadese. „Shvatili smo da bi ovaj signal mogao biti način da vas obavestimo da li imate tu bakteriju ili ne.“
Kao praktičnu demonstraciju, istraživači su mešali Dinabeads u bočice vode kontaminirane salmonelom. Zatim su magnetski izolovali ove perle na mikroskopskim stakalcima i izmerili način na koji se svetlost raspršila kroz tečnost kada je bila izložena laserskoj svetlosti. U roku od pola sekunde, brzo su otkrili Ramanov potpis Dinabeads-a — potvrda da su vezane Dinabeads, i prema zaključku, Salmonella, bili prisutni u tečnosti.
„Ovo je nešto što se može koristiti za brzo davanje pozitivnog ili negativnog odgovora: da li postoji zagađivač ili ne?“ Tadesse kaže. „Zato što čak i šačica patogena može izazvati kliničke simptome.“
Nova tehnika tima je znatno brža od konvencionalnih metoda i koristi elemente koji se mogu prilagoditi u manje, prenosive oblike – cilj na kojem istraživači trenutno rade. Pristup je takođe veoma raznovrstan.
„Salmonela je dokaz koncepta“, kaže Tadese. „Mogli biste kupiti Dinabeads sa E.coli antitelima, i ista stvar bi se desila: vezala bi se za bakterije, a mi bismo mogli da otkrijemo potpis Dinabead-a jer je signal super jak.
Tim je posebno zainteresovan da primeni test na stanja kao što je sepsa, gde je vreme ključno i gde se patogeni koji izazivaju stanje ne otkrivaju brzo korišćenjem konvencionalnih laboratorijskih testova.
„Postoji mnogo slučajeva, kao kod sepse, gde se patogene ćelije ne mogu uvek uzgajati na tanjiru“, kaže Li, član Karnikove laboratorije. „U tom slučaju, naša tehnika bi mogla brzo da otkrije ove patogene.“
