Инженеры MIT используют свет в шариках для быстрого обнаружения патогенов

Чонван Ли и др.

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

Инженеры Массачусетского технологического института обнаружили новую оптическую сигнатуру в широко используемом классе магнитных шариков, позволяющую быстро обнаруживать загрязнения в различных диагностических тестах.

Например, их исследование, доступное на ArXiv (ожидает экспертной оценки), подчеркнуло вновь обретенную способность шариков быстро выявлять следы пищевого патогена сальмонеллы.

Помимо влияния на безопасность пищевых продуктов, нововведение может предоставить медицинским экспертам метод быстрого и точного определения источника заболевания в конкретном образце.

В мире диагностики ожидание результатов анализов может быть утомительным и отнимающим много времени. Будь то анализ крови, анализ загрязнения воды или проверка на загрязнение пищевых продуктов, время выполнения работ часто зависит от трудоемких этапов обработки и анализа проб.

Теперь инженеры Массачусетского технологического института могут вскоре революционизировать этот сценарий, предложив быстрое и точное обнаружение загрязняющих веществ.

Ключ к их успеху лежит в коммерческом лабораторном инструменте — микроскопических магнитных шариках, известных как Dynabeads. Эти шарики, покрытые антителами, которые захватывают определенные молекулы-мишени, уже много лет являются основным продуктом экспериментальных установок.

Тем не менее, исследователи столкнулись с необходимостью дополнительных шагов для подтверждения присутствия молекул, прикрепленных к шарикам.

Откройте для себя возможности оптики, в частности рамановской спектроскопии, используемой для быстрого обнаружения патогенов.

Чонван Ли и др.

Новое исследование раскрыло необычайные оптические свойства Dynabeads, которые могут ускорить процесс подтверждения. Исследователи использовали уникальное рассеяние света, или «рамановскую сигнатуру», проявляемую различными молекулами.

При обнаружении он обеспечивает практически мгновенное подтверждение (менее чем за секунду) присутствия целевого патогена в образце.

Основное внимание команды было сосредоточено на обнаружении пресловутого пищевого загрязнителя сальмонеллы. Демонстрируя применимость своей техники, исследователи подчеркнули возможность быстрого выявления бактериальных патогенов, представляющих риск для здоровья.

«Вы можете купить Dynabeads с антителами E.coli, и произойдет то же самое», — объяснил в пресс-релизе соавтор, доцент кафедры машиностроения Лоза Тадессе.

«Он свяжется с бактериями, и мы сможем обнаружить сигнатуру Dynabead, потому что сигнал очень сильный».

Последствия имеют далеко идущие последствия и могут повлиять на медицинскую диагностику.

«Этот метод был бы полезен в ситуации, когда врач пытается сузить источник инфекции, чтобы лучше назначать антибиотики», — сказала соавтор исследования Марисса Макдональд, аспирантка программы здравоохранения Гарвардского технологического института. Науки и технологии.

«Кроме того, мы надеемся, что этот подход в конечном итоге приведет к расширению доступа к расширенной диагностике в средах с ограниченными ресурсами».

В настоящее время разрабатывается портативное устройство, которое может ускорить процесс обнаружения ряда бактериальных патогенов.

По мере того, как инженеры Массачусетского технологического института предлагают более быстрый путь к подтверждению присутствия патогенов, ландшафт диагностики стоит на грани трансформации.

Благодаря инновационному использованию рамановской спектроскопии время ожидания важных результатов вскоре может уйти в прошлое. Поскольку команда продолжает совершенствовать свой подход, мир предвидит будущее, в котором быстрое и надежное обнаружение станет новой нормой.

Полное исследование, еще не прошедшее рецензирование, было опубликовано в Arxiv, и его можно найти здесь.

Аннотация исследования:

Dynabeads — это суперпарамагнитные частицы, используемые для иммуномагнитной очистки клеток и биомолекул. Однако после захвата идентификация мишени зависит от утомительного культивирования, флуоресцентного окрашивания и/или амплификации мишени. Рамановская спектроскопия представляет собой альтернативу быстрого обнаружения, но текущие реализации нацелены на сами клетки с помощью слабых рамановских сигналов. Мы представляем покрытые антителами Dynabeads как сильные рамановские репортерные метки, эффект которых можно рассматривать как рамановский аналог иммунофлуоресцентных зондов. Недавние разработки в области методов отделения связанных с мишенью шариков Dynabeads от несвязанных шариков Dynabeads делают такую ​​реализацию осуществимой. Мы используем Dynabeads Anti-Salmonella для связывания и идентификации Salmonella enterica, основного патогена пищевого происхождения. Dynabeads демонстрирует характерные пики при 1000 и 1600 1/см от алифатического и ароматического растяжения CC полистирола, а также 1350 1/см и 1600 1/см от амида, альфа-спирали и бета-листа покрытий антител ядра Fe2O3, что подтверждено с помощью электронно-дисперсионная рентгеновская визуализация (EDX). Их рамановская сигнатура может быть измерена в сухих и жидких образцах даже при однократном изображении площади ~ 30 x 30 микрометров с использованием лазерной регистрации длительностью 0,5 с, 7 мВт с одиночными и кластерными шариками, обеспечивающими в 44 и 68 раз большую интенсивность рамановского рассеяния по сравнению с сигнатурой. из клеток. Более высокое содержание полистирола и антител в кластерах приводит к большей интенсивности сигнала, а конъюгация с бактериями усиливает кластеризацию, поскольку бактерия может связываться более чем с одним шариком, как это наблюдалось с помощью трансмиссионной электронной микроскопии (ПЭМ). Наши результаты проливают свет на присущую Dynabeads рамановскую репортерную природу, демонстрируя их двойную функцию по выделению и обнаружению мишеней без дополнительной подготовки проб, окрашивания или разработки уникального плазмонного субстрата, что расширяет возможности их применения в гетерогенных образцах, таких как еда, вода и кровь.