BREISGAU, Tyskland, 10 november 2021 — Med hänvisning till ökad resistens mot antibiotika ökar globalt, har forskare från Fraunhofer Institute for Physical Measurement Techniques (Fraunhofer IPM), som arbetar tillsammans med dem från Ludwig Maximilian University of München, utvecklat en process för att snabbt upptäcka multiresistenta patogener. Metoden är tillräckligt känslig för att kunna använda en enda DNA-molekyl för patogendetektering.

Att hitta det mest effektiva antibiotikumet kräver ofta information om bakteriens arvsmassa, vilket vanligtvis inte finns tillgängligt på läkarmottagningar. Labbtester krävs vanligtvis, vilket ger tid och komplexitet till sökningen. Metoden som utvecklats av forskarna påskyndar processen genom att använda ett mikrofluidiskt chip för att upptäcka och analysera enstaka molekyler. Fokus för SiBoF-projektet (signalförstärkare för fluorescensanalyser i molekylär diagnostik) ligger på en lättanvänd metod för detektion av vårdställen. Forskarna räknar med att plattformen kommer att användas som en del av point-of-care diagnostik på sjukhusavdelningar eller i medicinsk praxis som ett alternativ till de etablerade polymeraskedjereaktionsanalyserna.
Den kompakta enheten för att upptäcka multiresistenta patogener utför alla steg i reaktionen automatiskt och ger ett resultat inom en timme. Till och med en enda DNA-molekyl räcker för upptäckt. Med tillstånd av Fraunhofer IPM
Ett team av forskare i Tyskland har utvecklat en process för att snabbt upptäcka multiresistenta patogener. Processen använder en kompakt enhet som utför alla steg i reaktionen automatiskt och ger ett resultat inom en timme. Till och med en enda DNA-molekyl räcker för upptäckt. Med tillstånd av Fraunhofer IPM.
Den portabla, kompakta testplattformen är utrustad med ett automatiserat vätskesystem, i vilket alla nödvändiga reagenser lagras. Det formsprutade mikrofluidchipset är inbyggt i en låda i testsystemet, där det förses med nödvändiga reagenser genom fluidsystemet innan optisk analys äger rum.

”Vi upptäcker en del av patogenens DNA-sträng. Med vår nya process räcker till och med en enda DNA-molekyl som binder till en specifik plats på mikrofluidchippet för att göra detta. Vätskekanaler är integrerade i chipet - vars ytor är grundade med bindningsställen för specifika patogener", förklarade Benedikt Hauer, projektledare och forskare vid Fraunhofer IPM.

Point-of-care-enheten har ett miniatyriserat högupplöst fluorescensmikroskop. Speciellt utvecklad bildanalysmjukvara identifierar enstaka molekyler, vilket gör att de fångade målmolekylerna kan räknas för att leverera ett kvantitativt resultat. Fluorescensen stimuleras med hjälp av lysdioder, som är fästa under patronen som innehåller fluidkanalerna.

Vanligtvis detekteras mål-DNA-molekyler med hjälp av specifika fluorescensmarkörer. Den nya metoden använder antenner med nanometerstora pärlor, som förstärker de optiska signalerna från dessa markörer och eliminerar beroendet av kemisk förstärkning via PCR.

"De optiska antennerna består av nanometerstora metallpartiklar som koncentrerar ljus i en liten region och som också hjälper till att avge ljuset - ungefär som makroskopiska antenner gör med radiovågor," sa Hauer. Metallpartiklarna är kemiskt bundna till chipets yta.

En struktur av DNA-molekyler, som forskarna klassade som DNA-origami, håller båda guldnanopartiklarna på plats. Mellan nanopartiklarna ger strukturen ett bindningsställe för respektive målmolekyl och en fluorescensmarkör. Den patenterade designen utgör grunden för den nya analysteknologin.