Una piattaforma cartacea sviluppata dai ricercatori dell'Indian Institute of Science (IISc) e del Jawaharlal Nehru Center for Advanced Scientific Research (JNCASR) potrebbe aiutare a rilevare rapidamente la presenza di batteri patogeni resistenti agli antibiotici.
Una delle maggiori sfide dell’umanità è stata l’aumento di batteri patogeni resistenti agli antibiotici. La loro comparsa è stata alimentata dall'abuso e dall'uso eccessivo di antibiotici.
Una manciata di questi batteri, tra cui E. coli e Staphylococcus aureus, hanno causato oltre un milione di morti e, secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità, questi numeri sono destinati ad aumentare nei prossimi anni. Una diagnosi tempestiva può migliorare l'efficacia del trattamento.
"In genere, il medico fa una diagnosi al paziente e gli somministra dei medicinali. Il paziente poi li assume per 2-3 giorni prima di rendersi conto che il medicinale non funziona e torna dal medico. Anche diagnosticando che il batterio è resistente agli antibiotici dal sangue o i test delle urine richiedono tempo. Volevamo ridurre i tempi necessari per la diagnosi", afferma Uday Maitra, professore presso il Dipartimento di Chimica Organica, IISc.
In un articolo pubblicato su ACS Sensors, Il laboratorio e i collaboratori di Maitra hanno affrontato questa sfida. Hanno sviluppato un protocollo di diagnosi rapida che utilizza una piattaforma cartacea luminescente per rilevare la presenza di batteri resistenti agli antibiotici.
Esistono diversi modi in cui un batterio diventa resistente agli antibiotici. In uno, il batterio si evolve e può riconoscere ed espellere il medicinale fuori dalla sua cellula. In un altro, il batterio produce un enzima chiamato β-lattamasi, che idrolizza l'anello β-lattamico, un componente strutturale chiave dei comuni antibiotici come penicillina e carbapenemi, rendendo il farmaco inefficace.
L'approccio sviluppato dal team IISc e JNCASR prevede l'incorporazione dell'acido bifenil-4-carbossilico (BCA) all'interno di una matrice idrogel supramolecolare contenente terbio colato (TbCh). Questo idrogel normalmente emette fluorescenza verde quando viene colpito dalla luce UV.
"In laboratorio, abbiamo sintetizzato un substrato enzimatico legando il BCA all'anello ciclico [β-lattamico] che fa parte dell'antibiotico. Quando lo mescoli con l'idrogel TbCh, non c'è emissione verde poiché il sensibilizzatore è "mascherato" ,'" spiega Arnab Dutta, Ph.D. studente presso il Dipartimento di Chimica Organica, IISc, e autore principale dell'articolo.
"In presenza dell'enzima β-lattamasi, il gel produrrà un'emissione verde. L'enzima β-lattamasi nei batteri è quello che taglia il farmaco, distrugge e smaschera il sensibilizzatore BCA. Quindi, la presenza di β-lattamasi è segnalato da un'emissione verde."
La luminescenza segnala la presenza di batteri resistenti agli antibiotici e l'intensità della luminescenza indica la carica batterica. Per i batteri non resistenti, l'intensità del verde è risultata estremamente bassa, rendendo più facile distinguerli dai batteri resistenti.
Il passo successivo è stato trovare un modo per rendere la tecnologia poco costosa. Gli strumenti diagnostici attualmente utilizzati sono costosi, il che fa aumentare il prezzo dei test.
Il team ha collaborato con una società con sede nel Tamil Nadu chiamata Adiuvo Diagnostics per progettare un dispositivo di imaging personalizzato, portatile e in miniatura, denominato Illuminate Fluorescent Reader. L'infusione dell'idrogel in un foglio di carta come mezzo ha ridotto significativamente il costo. Lo strumento è dotato di diversi LED che emettono radiazioni UV secondo necessità. La fluorescenza verde dell'enzima viene catturata da una fotocamera integrata e un'app software dedicata ne misura l'intensità, il che può aiutare a quantificare la carica batterica.
Il team dell'IISc ha collaborato con il gruppo di ricerca di Jayanta Haldar del JNCASR per verificare il loro approccio sui campioni di urina. "Abbiamo utilizzato campioni di volontari sani e abbiamo aggiunto batteri patogeni per simulare le infezioni del tratto urinario. Abbiamo prodotto con successo il risultato entro due ore", spiega Maitra.
Come passo successivo, i ricercatori intendono collaborare con gli ospedali per testare questa tecnologia con campioni prelevati dai pazienti.
Ulteriori informazioni: Arnab Dutta et al, Aumento della sorveglianza della resistenza antimicrobica:rilevamento rapido di batteri resistenti ai farmaci che esprimono β-lattamasi attraverso luminescenza sensibilizzata su un idrogel supportato da carta, sensori ACS (2023). DOI:10.1021/acssensors.3c02065
Informazioni sul giornale: Sensori ACS
Fornito dall'Indian Institute of Science
