BREISGAU, Germania, 10 novembre 2021 — Citando l'aumento della resistenza agli antibiotici in tutto il mondo, i ricercatori del Fraunhofer Institute for Physical Measurement Techniques (Fraunhofer IPM), che lavorano insieme a quelli dell'Università Ludwig Maximilian di Monaco di Baviera, hanno sviluppato un processo per rilevamento di agenti patogeni multiresistenti. Il metodo è sufficientemente sensibile da poter utilizzare una singola molecola di DNA per il rilevamento dei patogeni.

Trovare l'antibiotico più efficace spesso richiede informazioni sul genoma del batterio, che in genere non sono disponibili negli studi medici. In genere sono richiesti test di laboratorio, che aggiungono tempo e complessità alla ricerca. Il metodo sviluppato dai ricercatori accelera il processo, utilizzando un chip microfluidico per rilevare e analizzare singole molecole. L'obiettivo del progetto SiBoF (amplificatori di segnale per saggi di fluorescenza nella diagnostica molecolare) si trova su un metodo di rilevamento point-of-care di facile utilizzo. I ricercatori prevedono che la piattaforma venga utilizzata come parte della diagnostica point-of-care nei reparti ospedalieri o negli studi medici come alternativa alle analisi consolidate della reazione a catena della polimerasi.
Il dispositivo compatto per il rilevamento di agenti patogeni multiresistenti esegue automaticamente tutte le fasi della reazione e fornisce un risultato entro un'ora. Anche una singola molecola di DNA è sufficiente per il rilevamento. Per gentile concessione di Fraunhofer IPM
Un team di ricercatori in Germania ha sviluppato un processo per rilevare rapidamente agenti patogeni multiresistenti. Il processo utilizza un dispositivo compatto che esegue automaticamente tutte le fasi della reazione e fornisce un risultato entro un'ora. Anche una singola molecola di DNA è sufficiente per il rilevamento. Per gentile concessione di Fraunhofer IPM.
La piattaforma di test portatile e compatta è dotata di un sistema fluidico automatizzato, in cui sono conservati tutti i reagenti necessari. Il chip microfluidico stampato a iniezione è incorporato in un cassetto nel sistema di test, dove viene fornito con i reagenti necessari attraverso il sistema fluidico prima che avvenga l'analisi ottica.

“Rileviamo parte del filamento di DNA dell'agente patogeno. Usando il nostro nuovo processo, anche una singola molecola di DNA che si lega a un sito specifico sul chip microfluidico è sufficiente per farlo. I canali fluidici sono integrati nel chip, le cui superfici sono preparate con siti di legame per agenti patogeni specifici", ha spiegato Benedikt Hauer, project manager e ricercatore presso Fraunhofer IPM.

Il dispositivo point-of-care è dotato di un microscopio a fluorescenza ad alta risoluzione miniaturizzato. Il software di analisi delle immagini sviluppato in modo specifico identifica le singole molecole, il che consente di contare le molecole bersaglio catturate per fornire un risultato quantitativo. La fluorescenza viene stimolata mediante LED, che sono apposti sotto la cartuccia che contiene i canali fluidici.

Solitamente, le molecole di DNA bersaglio vengono rilevate mediante specifici marcatori di fluorescenza. Il nuovo metodo utilizza antenne con perline di dimensioni nanometriche, che amplificano i segnali ottici di questi marcatori ed eliminano la dipendenza dall'amplificazione chimica tramite PCR.

"Le antenne ottiche sono costituite da particelle metalliche di dimensioni nanometriche che concentrano la luce in una piccola regione e aiutano anche a emettere la luce, proprio come le antenne macroscopiche fanno con le onde radio", ha detto Hauer. Le particelle metalliche sono legate chimicamente alla superficie del chip.

Una struttura di molecole di DNA, che i ricercatori hanno classificato come origami di DNA, tiene in posizione entrambe le nanoparticelle d'oro. Tra le nanoparticelle, la struttura fornisce un sito di legame per la rispettiva molecola bersaglio e un marcatore di fluorescenza. Il design brevettato fornisce la base per la nuova tecnologia di analisi.