Gli ingegneri biomedici e i ricercatori del genoma della Duke University hanno sviluppato un approccio di prova del principio utilizzando la luce per rilevare le infezioni prima che i pazienti mostrino i sintomi.

L'approccio è stato dimostrato in campioni umani, e i ricercatori stanno ora sviluppando la tecnica per il posizionamento su un chip, che potrebbe fornire rapidamente, informazioni semplici e affidabili su un paziente. Anche un dispositivo diagnostico basato su questo chip potrebbe essere reso portatile.

I ricercatori hanno sviluppato una nanoparticella a base di argento che si fissa su uno specifico marcatore molecolare che si riversa nel flusso sanguigno nelle prime fasi di un'infezione. Quando la luce è puntata sul campione, la nanoparticella attaccata a un marcatore molecolare rifletterà una distinta impronta ottica.

"Abbiamo dimostrato per la prima volta che l'uso di queste nanosonde può rilevare specifici materiali genetici prelevati da campioni umani, " disse Tuan Vo-Dinh, R. Eugene e Susie E. Goodson Distinguished Professor di Ingegneria Biomedica presso la Duke' Pratt School of Engineering e direttore del Fitzpatrick Institute for Photonics presso la Duke. È anche professore di chimica.

I risultati degli esperimenti Duke appaiono online sulla rivista Analytica Chimica Acta . Hsin-Neng Wang, un borsista post-dottorato nel laboratorio di Vo-Dinh, è stato il primo autore del saggio.

In questo progetto interdisciplinare, il team di Vo-Dinh ha collaborato a stretto contatto con gli scienziati del Duke's Institute for Genome Sciences &Policy (IGSP) che hanno sviluppato un metodo per misurare la risposta dell'ospite all'infezione attraverso la profilazione dell'RNA.

La ricerca è sostenuta dal National Institutes of Health, l'Agenzia per i progetti avanzati di difesa, il Dipartimento della Difesa e la Fondazione Wallace H. Coulter.

Negli esperimenti di Duke, le nanosonde vengono utilizzate in combinazione con un fenomeno descritto per la prima volta negli anni '70 noto come diffusione Raman potenziata dalla superficie (SERS). Quando la luce, di solito da un laser, è brillato su un campione, la molecola bersaglio vibra e si disperde nella sua luce unica, spesso indicato come dispersione Raman. Però, questa risposta Raman è estremamente debole.

"Quando la molecola bersaglio è accoppiata con una nanoparticella o nanostruttura metallica, la risposta Raman è notevolmente potenziata dall'effetto SERS, spesso di oltre un milione di volte, " disse Vo-Dinh, che da decenni studia le potenziali applicazioni del SERS.

"Questo importante studio proof-of-concept apre ora la strada allo sviluppo di dispositivi che misurano più marcatori derivati ​​dal genoma che aiuteranno con una diagnosi più accurata e rapida di malattie infettive al punto di cura, " disse Geoffrey Ginsburg, direttore della medicina genomica presso l'IGSP, direttore esecutivo del Center for Personalized Medicine presso Duke Medicine, e un professore di medicina e patologia.

"Questo guiderebbe le decisioni di assistenza che porteranno a un trattamento più efficace e a migliori risultati della terapia antimicrobica, " ha detto Ginsburg. "La diagnostica point-of-care è molto promettente per accelerare la medicina di precisione e, ma ancora più importante, aiutare i pazienti in contesti con risorse limitate ad accedere ai test molecolari".