14:26 2023-10-03
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Echipa de cercetare creează un senzor purtabil pentru a monitoriza antibioticul „ultima linie de apărare”.
_ Echipa de cercetare creează articole purtabile senzor pentru monitorizarea antibioticului „ultima linie de apărare”
De la descoperirea penicilinei în 1928, bacteriile au evoluat în numeroase moduri de a evita sau de a ignora complet efectele antibioticelor. Din fericire, furnizorii de servicii medicale au un arsenal de antibiotice utilizate rar, care sunt încă eficiente împotriva tulpinilor de bacterii altfel rezistente.
Cercetătorii de la Laboratoarele Naționale Sandia au combinat lucrările anterioare privind microacele nedureroase cu senzori la scară nanometrică pentru a crea un plasture cu senzor purtabil capabil să monitorizeze continuu nivelurile unuia dintre aceste antibiotice.
Antibioticul specific pe care îl urmăresc este vancomicina, care este folosită ca ultimă linie de apărare pentru tratarea bacteriilor severe. infecții, a spus Alex Downs, Jill Hruby Fellow și lider de proiect. Monitorizarea continuă este esențială pentru vancomicină, deoarece există o gamă îngustă în care ucide bacteriile în mod eficient fără a dăuna pacientului, a adăugat ea.
„Aceasta este o aplicație excelentă, deoarece necesită un control strict”, a spus Philip Miller. un inginer biomedical Sandia care a consiliat cu privire la proiect. „Într-un cadru clinic, cum s-ar întâmpla asta este că un medic ar verifica pacientul la fiecare oră și ar solicita o măsurare a sângelui la un moment dat a vancomicinei. Cineva ar veni să extragă sânge, să-l trimită la clinică și să primească un răspuns. înapoi la un moment dat. Sistemul nostru este o modalitate de a aborda această întârziere.”
Cercetătorii au împărtășit cum să producă acești senzori și rezultatele testelor lor într-o lucrare publicată recent în revista Biosensors and Bioelectronics.
Sistemul senzorului începe cu un microac disponibil în comerț, utilizat în mod obișnuit în stilourile injectoare pentru insulină. Adam Bolotsky, un om de știință în materiale Sandia, ia un fir de aur acoperit cu polimer de aproximativ ¼ din grosimea unui păr uman și tunde un capăt în unghi. Apoi introduce cu atenție firul de aur în ac, îl lipește la un conector și se asigură că este izolat electric. Cercetătorii construiesc, de asemenea, electrozi de referință și contraelectrozi într-o manieră similară, folosind fire de argint acoperite și, respectiv, de platină în interiorul microacelor comerciale.
Aceste ace sunt apoi introduse într-un plasture de plastic, de dimensiunea unui dolar de argint, proiectat. de tehnologii Sandia Bryan Weaver și Haley Bennett. Acest plasture include spațiu pentru nouă microace, dar poate fi ajustat pentru orice număr dorit, a spus Downs. Pe suprafața expusă, în diagonală, a fiecărui fir de aur, cercetătorii atașează chimic senzorii la scară nanometrică.
Senzorii, numiți aptameri, sunt fire de ADN cu un linker de suprafață la un capăt și o substanță chimică sensibilă la electricitate pe alte. Downs a explicat că atunci când ADN-ul se leagă de vancomicina antibiotică, acesta își schimbă forma, aducând substanța chimică sensibilă la electricitate mai aproape de suprafața de aur. Această mișcare crește curentul detectat de sistemul de senzori. Când concentrația de vancomicină scade, o parte din ADN revine la forma sa inițială, care este, de asemenea, detectată electric.
„Această reversibilitate este utilă pentru lucruri precum măsurători în timp real”, a spus Downs. „Dacă vrei să vezi concentrația unei anumite substanțe chimice prezente în piele sau în sânge la un moment dat, atunci este foarte important să poți măsura creșterile și scăderile.”
Downs a lucrat cu aptamerul senzor în timpul cercetării sale doctorale și a adus cunoștințele cu ea la Sandia, unde a lucrat pentru a le combina cu expertiza Sandia cu microace care pot oferi medicilor informații similare despre o extragere de sânge cu mai puțină durere.
„Am fuzionat. cunoștințele mele despre detectarea pe bază de aptameri și monitorizarea în timp real cu tehnologia pe care Ronen Polsky și Phil Miller au dezvoltat-o la Sandia”, a spus Downs. „Prin integrarea acestor două instrumente, am miniaturizat substanțial sistemul de detectare și am verificat că funcționează într-un microac”.
După construirea senzorilor cu microac, echipa a testat dacă un senzor cu microac ar putea detecta vancomicina într-o soluție salină care imită condițiile din interiorul corpului, a spus Downs. Odată cu succes, au testat întregul sistem, complet cu electrozi de referință și contra electrozi, într-o soluție mult mai complexă: sânge de vacă nediluat. Sistemul a fost încă capabil să detecteze vancomicina.
Apoi, pentru a testa dacă microacele și aptamerii ar funcționa după ce au fost introduse în piele, cercetătorii au introdus plasturele în pielea de porc de mai multe ori, au monitorizat semnalul electronic de la plasturele în timp ce era în piele și i-a testat capacitatea de a detecta vancomicina.
„Era foarte incert dacă acesta avea să mențină un semnal atunci când îl puneți în piele”, a spus Downs. „Fiecare microac este propriul său electrod de detectare individual. Dacă senzorii nu formează un contact electric bun, atunci acest lucru chiar nu ar funcționa. Aceasta a fost cea mai mare incertitudine și ceva ce nu am testat niciodată la Sandia.”
Deoarece a testat cu succes sistemul de plasturi cu senzori, următorul pas este colaborarea cu un alt grup de cercetare pentru a le testa pe oameni sau alte animale, au spus Downs și Miller.
„Următorul mare obstacol tehnic este să demonstreze că funcționează în organismul pentru o perioadă extinsă de timp”, a spus Miller.
Privind în viitor, un sistem similar cu diferiți aptameri ADN ar putea fi utilizat pentru a monitoriza citokinele, proteinele mici folosite pentru a transmite mesaje în interiorul corpului, precum și alte proteine sau molecule mai mici care se modifică semnificativ în timpul infecțiilor. Aceste sisteme ar putea ajuta medicii să diagnosticheze mai rapid ce boală are un pacient sau chiar să ajute cu triajul în situații de urgență.
Downs a studiat, de asemenea, ce lucruri din sânge și piele ar putea „înfunda” senzorii și reduce acuratețea lor în timp. Ea, împreună cu stagiarul de vară Amelia Staats, a descoperit că fibrinogenul, o proteină implicată în coagularea sângelui, este un vinovat cheie în interferența semnalului. Cercetătorii intenționează să publice aceste descoperiri într-o lucrare viitoare.
„Acest sistem ar putea fi folosit într-adevăr oriunde în care aveți modificări chimice mari în organism, unde doriți să măsurați aceste modificări în timp pentru a fi mai bine. înțelege ce se întâmplă în corp”, a spus Downs.
Comentarii:
Adauga Comentariu