Sensor celular detecta las bacterias resistentes
HKBU inventa un nuevo sensor celular para la detección rápida y económica de bacterias resistentes a los medicamentos
Un equipo de investigación dirigido por científicos de la Universidad Bautista de Hong Kong (HKBU) ha desarrollado un sensor celular novedoso con una estructura de microcanal similar a un código de barras que permite la detección rápida y de bajo costo de bacterias resistentes a los medicamentos. La invención podría usarse potencialmente a gran escala en situaciones de recursos limitados, como controles frecuentes de seguridad del agua, alimentos e instalaciones públicas, así como encuestas urgentes de muestras masivas durante un brote de enfermedades infecciosas, particularmente en países en desarrollo. Sensor celular detecta las bacterias resistentes
Se publicó un artículo de investigación sobre la nueva invención en la revista académica internacional Biosensors and Bioelectronics . Sensor celular detecta las bacterias resistentes
Un equipo de investigación dirigido por el Dr. Ren Kangning, profesor asociado del Departamento de Química de HKBU diseñó un sistema de prueba de susceptibilidad antimicrobiana (AST) completamente automático y sin microscopio. Permite la detección rápida y de bajo costo de bacterias resistentes a los medicamentos escaneando el «código de barras» en el sensor celular con una aplicación móvil, que muestra Chan Chiu-wing, miembro del equipo de investigación y estudiante de doctorado del Departamento. de Química en HKBU
Un enfoque de prueba rápido y de bajo costo
Los antibióticos se usan a menudo para tratar infecciones bacterianas, pero el uso excesivo y el uso indebido de antibióticos han creado el problema de la resistencia a los medicamentos. La prueba de susceptibilidad a los antimicrobianos (AST) se utiliza para determinar qué antibióticos pueden inhibir eficazmente el crecimiento de cierto tipo de bacterias. Sin embargo, los métodos AST convencionales son demasiado lentos, ya que requieren de 16 a 24 horas para obtener resultados, mientras que los AST rápidos modernos son costosos y requieren equipos de laboratorio elaborados. Por lo tanto, se necesita una estrategia rápida y rentable para analizar las muestras bacterianas en el sitio, con pruebas de laboratorio avanzadas organizadas solo para aquellos sospechosos de contener bacterias resistentes a los medicamentos.
En respuesta a esta necesidad, un equipo de investigación dirigido por el Dr. Ren Kangning, profesor asociado del Departamento de Química de la HKBU, diseñó un sistema AST totalmente automático y sin microscopio. Consta de dos partes principales: una zona de cultivo celular y un sensor celular de «código de barras». La zona de cultivo celular consta de un conjunto de microcanales llenos de fluidos que contienen medios de cultivo celular, así como diferentes concentraciones del antibiótico. El sensor de celda de «código de barras» contiene una serie de «filtros lineales adaptativos» dispuestos en paralelo que se asemeja a una estructura de «código de barras». Los usuarios pueden finalizar el examen in situ en tres horas escaneando el «código de barras» con una aplicación móvil desarrollada por los investigadores, e indicará si hay bacterias patógenas resistentes a los medicamentos en la muestra.
Cantidad de bacterias representada por la longitud de la barra
Al realizar AST con el sistema, las muestras bacterianas se inyectarán e incubarán en la zona de cultivo celular. Las bacterias en la muestra de prueba dentro de los microcanales muestran diferentes tasas de proliferación dependiendo de las diferentes concentraciones del antibiótico.
Una vez completado el período de cultivo, las células bacterianas fluirán a través de los «filtros lineales adaptativos». Las células no se acumularán alrededor de los nanoporos en las paredes laterales de los microcanales, sino que serán conducidas hacia abajo por el fluido y recolectadas del final de los microcanales. Las células acumuladas formarán entonces barras verticales visibles, cuyas longitudes son proporcionales a la cantidad de células bacterianas cultivadas bajo las diferentes concentraciones del antibiótico.
Se puede usar un teléfono celular equipado con una lente macro para fotografiar el «código de barras» creado por el AST. La imagen será analizada automáticamente por la aplicación móvil.
Resultados consistentes con AST convencional
Después del período de cultivo, si todas las «barras» del sensor celular tienen longitudes similares, significa que el antibiótico probado no puede inhibir el crecimiento de las bacterias y, por lo tanto, la muestra bacteriana es resistente al antibiótico probado.
Si la longitud de las «barras» es en general inversamente proporcional a la concentración del antibiótico en los microcanales, muestra que el antibiótico probado es generalmente eficaz para prohibir el crecimiento de las bacterias y, por lo tanto, la bacteria no es un fármaco. resistente. Cuando dos “barras” adyacentes muestran una fuerte diferencia en términos de longitud, indica que el efecto antimicrobiano del antibiótico salta cuando su concentración alcanza un nivel particular.
El equipo de investigación probó E. coli y S. aureus con el sensor celular de «código de barras» y los resultados fueron consistentes con los del AST convencional. La prueba se puede completar en tres horas, lo que es mucho más rápido que el AST convencional. Los enfoques de microfluidos desarrollados por otros investigadores también pueden alcanzar una velocidad comparable, pero se basan en instrumentos costosos para el análisis en general.
Potencial de uso en regiones con recursos limitados
“Nuestro sistema de prueba de ‘código de barras’ es una nueva herramienta prometedora en la lucha contra la resistencia a los antimicrobianos. Esperamos que sea beneficioso para la detección de rutina de bacterias resistentes a los medicamentos en la industria alimentaria, las áreas públicas y las instalaciones sanitarias, ya que no requiere instalaciones clínicas avanzadas o habilidades de prueba profesionales ”, dijo el Dr. Ren.
El sensor de celda de “código de barras” tiene un costo de producción bajo y se estima que está por debajo de un dólar estadounidense por pieza. El equipo de investigación ha presentado una solicitud de patente para el sensor de celda de «código de barras». «Planeamos desarrollar nuestro invento en un instrumento AST portátil y, en última instancia, esperamos que pueda usarse en regiones con recursos limitados», agregó el Dr. Ren.
Además de los investigadores del Departamento de Química de HKBU, el equipo de investigación del sensor celular de «código de barras» también incluyó a científicos del Departamento de Ciencias de la Computación de HKBU y la Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford.
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