BREISGAU, Tyskland, 10. nov. 2021 — Forskere fra Fraunhofer Institute for Physical Measurement Techniques (Fraunhofer IPM), som arbeider sammen med de fra Ludwig Maximilian University of München, har utviklet en prosess for raskt, med henvisning til økt antibiotikaresistens globalt sett. oppdage multiresistente patogener. Metoden er sensitiv nok til å kunne bruke et enkelt DNA-molekyl for patogendeteksjon.

Å finne det mest effektive antibiotikumet krever ofte informasjon om bakterienes genom, noe som vanligvis ikke er tilgjengelig ved medisinsk praksis. Laboratorietesting er vanligvis nødvendig, noe som gir tid og kompleksitet til søket. Metoden utviklet av forskerne akselererer prosessen ved å bruke en mikrofluidisk brikke for å oppdage og analysere enkeltmolekyler. Fokuset til SiBoF-prosjektet (signalforsterkere for fluorescensanalyser i molekylær diagnostikk) ligger på en brukervennlig behandlingspunktdeteksjonsmetode. Forskerne forventer at plattformen blir brukt som en del av behandlingspunktdiagnostikk på sykehusavdelinger eller i medisinsk praksis som et alternativ til de etablerte polymerasekjedereaksjonsanalysene.
Den kompakte enheten for påvisning av multiresistente patogener utfører alle stadier av reaksjonen automatisk og gir et resultat innen én time. Selv et enkelt DNA-molekyl er nok for påvisning. Med tillatelse fra Fraunhofer IPM
Et team av forskere i Tyskland har utviklet en prosess for raskt å oppdage multiresistente patogener. Prosessen bruker en kompakt enhet som utfører alle stadier av reaksjonen automatisk og gir et resultat innen én time. Selv et enkelt DNA-molekyl er nok for påvisning. Med tillatelse fra Fraunhofer IPM.
Den bærbare, kompakte testplattformen er utstyrt med et automatisert fluidsystem, der alle nødvendige reagenser er lagret. Den sprøytestøpte mikrofluidbrikken er innlemmet i en skuff i testsystemet, hvor den tilføres nødvendige reagenser gjennom fluidsystemet før optisk analyse finner sted.

«Vi oppdager en del av patogenets DNA-tråd. Ved å bruke vår nye prosess er til og med et enkelt DNA-molekyl som binder seg til et spesifikt sted på mikrofluidbrikken tilstrekkelig til å gjøre dette. Fluidiske kanaler er integrert i brikken - hvis overflater er primet med bindingssteder for spesifikke patogener," forklarte Benedikt Hauer, prosjektleder og forsker ved Fraunhofer IPM.

Point-of-care enheten har et miniatyrisert høyoppløselig fluorescensmikroskop. Spesielt utviklet bildeanalyseprogramvare identifiserer enkeltmolekyler, som gjør at de fangede målmolekylene kan telles for å levere et kvantitativt resultat. Fluorescensen stimuleres ved hjelp av lysdioder, som er festet under patronen som inneholder fluidkanalene.

Vanligvis blir mål-DNA-molekyler påvist ved hjelp av spesifikke fluorescensmarkører. Den nye metoden bruker antenner med perler i nanometerstørrelse, som forsterker de optiske signalene til disse markørene og eliminerer avhengigheten av kjemisk forsterkning via PCR.

"De optiske antennene består av metallpartikler i nanometerstørrelse som konsentrerer lyset i et lite område og også bidrar til å sende ut lyset - omtrent som makroskopiske antenner gjør med radiobølger," sa Hauer. Metallpartiklene er kjemisk bundet til overflaten av brikken.

En struktur av DNA-molekyler, som forskerne klassifiserte som DNA-origami, holder begge gullnanopartiklene på plass. Mellom nanopartikler gir strukturen et bindingssted for det respektive målmolekylet og en fluorescensmarkør. Det patenterte designet gir grunnlaget for den nye analyseteknologien.