Guoan Zheng, profesor asociat de inginerie biomedicală, a dezvoltat o nouă tehnologie de senzori care poate efectua monitorizare microbiană la scară largă cu rezoluție spațio-temporală mare și sensibilitate ridicată.

Acest senzor poate determina cele mai eficiente antibiotice pentru tratarea anumitor infecții bacteriene la pacienți. Oferă microbiologilor și medicilor informații mai detaliate despre creșterea microbiană mult mai rapid și cu o sensibilitate mai mare decât abordările convenționale.

Senzorul constă din trei părți principale: o sursă de lumină laser care luminează proba, un senzor de imagine acoperit cu un strat de microsfere de împrăștiere și un răcitor pentru a menține dispozitivul să funcționeze la o temperatură adecvată. Stratul de împrăștiere de microbile servește ca lentilă de calcul pentru monitorizarea microbiană.

Întregul dispozitiv poate fi plasat într-un incubator obișnuit sau utilizat ca unitate de incubare independentă pentru experimente pe termen lung.

Într-o lucrare publicată recent în Biosensors and Bioelectronics, profesorul Zheng a testat această tehnologie pe bacterii E. coli, un organism model pentru monitorizarea microbiană cu mare succes. Acesta a analizat modul în care E. coli a răspuns la două antibiotice diferite: gentamicina și ampicilină.

Atunci când un pacient intră în spital sau în alt mediu de îngrijire a sănătății cu o potențială infecție bacteriană, medicii vor preleva o probă de la locul infectat și o vor cultiva pe medii specializate, cum ar fi o placă de agar. Ulterior, vor fi adăugate în mediul de cultură, diferite antibiotice la diferite concentrații, pentru a determina concentrațiile minime inhibitorii ale medicamentelor. Rezultatele permit medicilor să administreze cel mai eficient antibiotic, reducând în același timp riscul de rezistență.

„Ideea este că încercăm să găsim medicamentul corect și doza acestuia pentru a trata pacientul”, spune profesorul Zheng.

De asemenea, acest senzor poate să determine creșterea bacteriilor în 15 secunde pe un câmp vizual la scară centimetrică, monitorizându-le în timp real. Tehnologiile existente, în schimb, necesită cel puțin 10 minute pentru a surprinde schimbările de creștere într-un câmp vizual similar. Asta înseamnă că tehnologia lui Zheng poate oferi un rezultat utilizabil mult mai rapid, spre deosebire de utilizarea metodelor tradiționale.

Cu ajutorul acesti senzor se pot recupera rapid imaginile deoarece folosește o tehnică inovatoare cunoscută sub numele de „constrângere de similaritate temporală”. Adică senzorul folosește imagini anterioare pentru a prezice cum va crește proba înainte ca următoarea imagine să fie capturată.

„La momentele adiacente bacteriile arată similar, nu se schimbă mult. De aceea, putem folosi imaginea recuperată la momentul anterior ca estimare inițială pentru momentul actual pentru a recupera imaginea de înaltă rezoluție”, spune Zheng.

Această tehnologie de senzori permite oamenilor de știință să vadă filamentarea indusă de antibiotice, ceea ce se întâmplă atunci când celulele bacteriene încetează să se divizeze și să crească ca o colonie și în schimb încep să se alungească. Metodele tradiționale nu pot detecta acest efect pe un câmp vizual mare.

Senzorul ar putea fi folosit și pentru alte tipuri de testare, nu doar pentru infecții bacteriene. Profesorul Zheng afirmă ca poate fi utilizat pentru analize de țesut și pentru screeningul drogurilor cu o cultura de celule de la mamifere.

 

 

Sursă material https://phys.org.