Il professor Abdennour Abbas e il suo gruppo di ricerca hanno condotto ricerche di base sulle interazioni tra nanoparticelle d'oro e superfici cellulari per creare nuovi sensori. Le nanoparticelle d'oro di forma diversa come l'oro triangolare piatto (soluzione verde a sinistra) e l'oro sferico (soluzione rosso-rosa a destra) non solo appaiono diverse, ma può avere interazioni davvero uniche con le cellule che possono essere sfruttate per creare nuove reazioni che producono segnali rilevabili come cambiamenti di colore o reazioni luminose. Credito:Università del Minnesota
I ricercatori dell'Università del Minnesota (UMN) hanno sviluppato un metodo per schermare e identificare i batteri nocivi o resistenti agli antibiotici entro un'ora utilizzando un luminometro portatile. I metodi diagnostici tradizionali spesso richiedono attrezzature complesse e un lavoro di laboratorio che può richiedere giorni. Il nuovo metodo utilizza la chemiluminescenza, o l'emissione di luce durante una reazione chimica. È stato sviluppato pensando all'industria alimentare e potrebbe essere utilizzato anche in ambito sanitario.
In uno studio pubblicato su Materiali sanitari avanzati , ricercatori del College of Food, Agricultural and Natural Resource Sciences e il College of Science and Engineering dell'UMN hanno dimostrato la nuova tecnologia analizzando tamponi superficiali e campioni di urina per la presenza di piccole concentrazioni di Staphylococcus aureus resistente alla meticillina (MRSA), un batterio che provoca più di 11, 000 morti negli Stati Uniti ogni anno.
"Una grande barriera per il rilevamento microbico nell'industria alimentare è il costo e l'incapacità di rilevare i batteri nocivi in un tempo ragionevole, " ha detto John Brockgreitens, uno studente laureato coinvolto nello studio del Dipartimento di Ingegneria dei Bioprodotti e dei Biosistemi. "Stiamo cercando di sviluppare un modo economico e rapido per il rilevamento microbico che può essere utilizzato senza bisogno di una formazione approfondita".
Per lo screening dei microrganismi, l'oro verde sotto forma di nanopiastre triangolari è stato combinato con un agente riducente e luminol. Ciò ha causato una forte reazione chemiluminescente che è rimasta stabile fino a 10 minuti. Quando i ricercatori hanno introdotto MRSA e altri microrganismi nella combinazione, hanno consumato le nanoplacche d'oro, causando la diminuzione dell'intensità della chemiluminescenza proporzionalmente alla concentrazione microbica. Ciò indicava la presenza di microrganismi.
Schermatura macromolecolare di microrganismi mediante anticorpi coniugati con polimeri. Queste immagini mostrano immagini al microscopio elettronico a trasmissione di batteri nudi (a sinistra) e completamente schermati (a destra). Credito:Università del Minnesota
"La rapida rilevazione microbica in meno di due ore non è solo vitale per prevenire l'intossicazione alimentare, ma anche per combattere la resistenza antimicrobica aiutando i medici a prendere decisioni informate prima di prescrivere antibiotici, " disse Abdennour Abbas, docente presso il Dipartimento di Ingegneria dei Bioprodotti e dei Biosistemi, che ha diretto la ricerca. "È necessario più lavoro per applicare questa tecnologia a campioni più complessi come cibo e colture, ma siamo fiduciosi che i progressi continueranno in questo settore".
I ricercatori hanno anche introdotto un nuovo concetto chiamato schermatura macromolecolare microbica per identificare in modo specifico l'MRSA. Un polimero specifico per MRSA è stato aggiunto allo stesso campione in cui ha inghiottito e circondato i batteri MRSA, impedendo loro di consumare le nanoplacche d'oro. Questa maggiore intensità di chemiluminescenza, indicando la presenza di MRSA.
Sono necessarie ulteriori ricerche prima che il metodo possa essere utilizzato in applicazioni del mondo reale, ma i ricercatori sono desiderosi di rendere questo processo più veloce e più facile per l'uso industriale.
"Nel settore alimentare, articoli come carne lavorata, formaggio, yogurt e latte hanno molte altre parti in competizione come proteine e altre cellule che devi filtrare efficacemente prima di poter rilevare ciò che stai cercando, " ha detto Brockgreitens. "Sappiamo che la nostra direzione è quella di continuare a guardare alcune di queste interazioni cellulari e come rendere l'intero processo automatizzato o un processo a una fase".
