Когда бактериальная инфекция попадает в кровоток, каждая секунда имеет решающее значение. На кону жизнь этого человека. Однако анализы крови на выявление бактерий занимают от нескольких часов до нескольких дней. Во время ожидания врачи часто назначают антибиотики широкого спектра действия в надежде убить любую бактерию, которая может быть виновата.

Скоро это время ожидания может значительно сократиться, что позволит медицинским работникам быстрее находить лучший антибиотик для каждой инфекции - благодаря инновациям Стэнфордского университета, которые идентифицируют бактерии за считанные секунды.

Ультрасовременный метод основан на технологии старой школы: струйном принтере, похожем на тот, который у вас может быть дома, за исключением того, что он был модифицирован для печати кровью вместо чернил.

Этот "биопринтер” быстро выплевывает крошечные капли крови — более 1000 в секунду. Направьте лазер на капли, используя метод визуализации на основе света, называемый рамановской спектроскопией, и обнаружится уникальный клеточный "отпечаток” бактерий.

Очень маленький размер образца — каждая капля составляет две триллионные доли литра, или примерно в миллиард раз меньше капли дождя, — облегчает обнаружение бактерий. Меньшие образцы означают меньшее количество клеток, поэтому лаборанты могут быстрее отделить бактериальные спектры от других компонентов, таких как эритроциты и лейкоциты.

Чтобы еще больше повысить эффективность, исследователи добавили наночастицы золота, которые прикрепляются к бактериям, служа как антенны для фокусировки света. Машинное обучение — разновидность искусственного интеллекта (ИИ) — помогает интерпретировать спектр света и определять, какой "отпечаток пальца" принадлежит какой бактерии.

"Это был действительно интересный исторический период, когда мы могли объединить кусочки различных технологий, включая нанофотонику, печать и искусственный интеллект, чтобы помочь ускорить идентификацию бактерий в этих сложных образцах”, - говорит автор исследования Дженнифер Дионн, доктор философии, доцент кафедры материаловедения и инженерии в Стэнфорде.

Сравните это с анализом культуры крови в больницах, где бактериальным клеткам требуется несколько дней, чтобы вырасти и размножиться внутри большой машины, похожей на холодильник. Для некоторых бактерий, например, вызывающих туберкулез, посев занимает недели.

Затем необходимо дальнейшее тестирование, чтобы определить, какие антибиотики будут подавлять инфекцию. Новая технология из Стэнфорда также может  ускорить этот процесс.

"Перспективность нашей технологии заключается в том, что вам не нужно иметь культуру клеток, чтобы нанести антибиотик сверху”, - говорит Дионн. "Мы обнаружили, что на основе комбинационного рассеяния света мы можем использовать его для определения — даже без инкубации с антибиотиками — на какое лекарство будут реагировать бактерии, и это действительно интересно”.

Если пациенты смогут получать антибиотик, наиболее подходящий для их инфекции, у них, скорее всего, будут лучшие результаты лечения.

"Для получения результатов посева крови обычно требуется от 48 до 72 часов, а затем вы принимаете клинические решения и корректируете антибиотики на основе этих посевов крови”, - говорит Ричард Уоткинс, доктор медицинских наук, врач-инфекционист и профессор медицины в Медицинском университете Северо-Восточного Огайо. (Уоткинс не участвовал в исследовании.)

"Иногда, несмотря на ваши лучшие предположения, вы ошибаетесь, - говорит Уоткинс, - и, очевидно, у пациента может быть неблагоприятный исход. Так что, если вы сможете диагностировать патоген раньше, это идеально. Любая технология, позволяющая клиницистам делать это, безусловно, является прогрессом и шагом вперед ”.

По словам Дионн, в глобальном масштабе эта технология может помочь уменьшить чрезмерное использование антибиотиков широкого спектра действия, которые способствуют устойчивости к противомикробным препаратам, что является новой угрозой для здоровья.

Команда работает над дальнейшим развитием технологии в инструмент размером с обувную коробку и, после дальнейшего тестирования, коммерциализацией продукта. Это может занять несколько лет.

Эта технология имеет потенциал и за пределами инфекций кровотока. Его можно использовать для выявления бактерий в других жидкостях, например, в сточных водах или загрязненных пищевых продуктах.

Источники:

https://www.medscape.com/

Дженнифер Дионн, доктор философии, доцент кафедры материаловедения и инженерии в Стэнфордском университете

Ричард Уоткинс, доктор медицинских наук, врач-инфекционист и профессор медицины в Медицинском университете Северо-Восточного Огайо.

Nano Letters. (2023). Сочетание акустической биопечати с рамановской спектроскопией с поддержкой искусственного интеллекта для высокопроизводительной идентификации бактерий в крови. (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c03015)