2021年8 月 10 日——科學(xué)家們開發(fā)了一種新方法來監(jiān)測細(xì)菌對抗生素的反應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)個性化的抗生素治療。該測試使用傳感器來減少時間和成本，同時增加患者樣本抗生素敏感性測試的便攜性。該研究的結(jié)果最近發(fā)表在《科學(xué)報告》上。
由于抗菌素耐藥性的增加，臨床環(huán)境中需要更快、更高通量的抗生素藥敏試驗(yàn) (AST)。當(dāng)前的方法面臨一些挑戰(zhàn)，包括昂貴、耗時和勞動密集型。此外，這些方法容易交叉污染，而且做法通常不標(biāo)準(zhǔn)化。
“許多類型的細(xì)菌不斷進(jìn)化以對抗生素產(chǎn)生抗藥性。這對全球醫(yī)院來說是一個緊迫的問題，而傳感器和診斷技術(shù)的適應(yīng)速度卻很慢，”Okanagan Microelectronics 助理教授 Mohammad Zarifi 博士說。不列顛哥倫比亞大學(xué)奧肯那根分校的千兆赫茲應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室 (OMEGA) 在一份聲明中表示。
微波諧振器與微流控芯片相結(jié)合，可以模擬稀釋測試，并且以前在監(jiān)測中表現(xiàn)出很高的靈敏度。使用微波傳感技術(shù)評估 AST 的前提是檢測抗生素-細(xì)菌相互作用過程中釋放的帶電副產(chǎn)物濃度的變化，抗生素通過靶向蛋白質(zhì)合成、DNA 和 RNA 復(fù)制以及其他代謝活動來破壞微生物的生長。在細(xì)菌生長過程中，細(xì)菌消耗營養(yǎng)并合成蛋白質(zhì)和帶電副產(chǎn)物。
據(jù)該研究的作者稱，排出的副產(chǎn)品會導(dǎo)致生長介質(zhì)中的電導(dǎo)率發(fā)生變化，這反映在微帶諧振器傳感器的諧振幅度變化中。這可以通過測量電導(dǎo)率和介電常數(shù)(存儲電能的能力)的變化來間接監(jiān)測代謝活動，隨著時間的推移產(chǎn)生獨(dú)特的共振曲線。
為了證明微波感測為AST的有用性，從UBC的研究人員開發(fā)AST的一個簡化模型大腸桿菌(大腸桿菌使用微波裂環(huán)諧振器在不存在或各種抗生素濃度的存在下)。該團(tuán)隊(duì)將磁盤擴(kuò)散測試與微波諧振器相結(jié)合，創(chuàng)建了一個快速、非接觸、無創(chuàng)的傳感和監(jiān)測系統(tǒng)。
首先，研究人員目視觀察大腸桿菌對各種濃度的紅霉素(一種抗生素)的生長情況。低濃度的紅霉素(0 至 7.5 微克)不會抑制微生物生長，因?yàn)闆]有可見的生長抑制區(qū)域。然而，30 到 45 微克的抗生素在某些區(qū)域部分抑制了細(xì)菌的生長。這證實(shí)了大腸桿菌對本研究中使用的紅霉素敏感。
接下來，該團(tuán)隊(duì)使用微波傳感器檢測在固體瓊脂培養(yǎng)基上生長的大腸桿菌對紅霉素的抗生素敏感性。隨著紅霉素濃度的增加，細(xì)菌生長減少，這反映在共振幅度的變化率上，并隨著時間的推移用顯微圖像捕獲。共振幅度沒有變化表明完全抑制了細(xì)菌生長，如紅霉素水平較高時所見。
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