Крошечные магнитные шарики производят оптический сигнал, который можно использовать для быстрого обнаружения патогенов.

Jul 07, 2023

Изображения для загрузки на веб-сайте офиса новостей MIT предоставляются некоммерческим организациям, прессе и широкой публике в соответствии с некоммерческой лицензией Creative Commons «С указанием авторства». Вы не имеете права изменять предоставленные изображения, кроме как обрезать их до нужного размера. При воспроизведении изображений необходимо использовать кредитную линию; если оно не указано ниже, укажите авторство изображений в «MIT».

Предыдущее изображение Следующее изображение

Получение результатов анализа крови может занять от одного дня до недели, в зависимости от того, на что нацелен анализ. То же самое касается тестов на загрязнение воды и пищевых продуктов. И в большинстве случаев время ожидания связано с трудоемкими этапами обработки и анализа проб.

Теперь инженеры Массачусетского технологического института выявили новую оптическую сигнатуру в широко используемом классе магнитных шариков, которую можно использовать для быстрого обнаружения загрязнений в различных диагностических тестах. Например, команда показала, что подпись можно использовать для обнаружения признаков пищевого загрязнителя сальмонеллы.

Так называемые Dynabeads представляют собой микроскопические магнитные шарики, которые могут быть покрыты антителами, которые связываются с молекулами-мишенями, например, с конкретным патогеном. Dynabeads обычно используются в экспериментах, в которых их смешивают с растворами для захвата интересующих молекул. Но после этого ученым придется предпринять дополнительные, трудоемкие шаги, чтобы подтвердить, что молекулы действительно присутствуют и связаны с шариками.

Команда Массачусетского технологического института нашла более быстрый способ подтвердить наличие патогенов, связанных с Dynabeads, используя оптику, в частности, рамановскую спектроскопию. Этот оптический метод идентифицирует конкретные молекулы на основе их «рамановской сигнатуры» или уникального способа, которым молекула рассеивает свет.

Исследователи обнаружили, что Dynabeads обладают необычайно сильной рамановской сигнатурой, которую можно легко обнаружить, подобно флуоресцентной метке. Они обнаружили, что эта подпись может выступать в роли «репортера». В случае обнаружения сигнал может служить быстрым, менее чем за одну секунду, подтверждением того, что целевой патоген действительно присутствует в данном образце. В настоящее время команда работает над разработкой портативного устройства для быстрого обнаружения ряда бактериальных патогенов, а их результаты будут опубликованы в специальном выпуске журнала Emerging Investigators журнала Raman Spectrocracy.

«Этот метод был бы полезен в ситуации, когда врач пытается сузить источник инфекции, чтобы лучше назначать антибиотики, а также для обнаружения известных патогенов в пище и воде», — говорит соавтор исследования. Марисса Макдональд, аспирантка программы Гарвардского технологического института в области медицинских наук и технологий. «Кроме того, мы надеемся, что этот подход в конечном итоге приведет к расширению доступа к расширенной диагностике в средах с ограниченными ресурсами».

Среди соавторов исследования в Массачусетском технологическом институте — научный сотрудник Чонван Ли; Приглашенный ученый Никиве Мхланга; научный сотрудник Чон Ун Кан; Профессор Тата Рохит Карник, который также является заместителем директора Лаборатории водных и пищевых систем Абдула Латифа Джамиля; и доцент кафедры машиностроения Лоза Тадессе.

Масло и вода

Поиск больных клеток и патогенов в образцах жидкостей требует терпения.

«Это своего рода проблема с иголкой в ​​стоге сена», — говорит Тадессе.

Присутствующие количества настолько малы, что их необходимо выращивать в контролируемых условиях до достаточного количества, а их культуры окрашивать, а затем изучать под микроскопом. Весь процесс может занять от нескольких дней до недели, чтобы дать уверенный положительный или отрицательный результат.

Лаборатории Карника и Тадессе независимо друг от друга разрабатывают методы, позволяющие ускорить различные этапы процесса тестирования на патогены и сделать этот процесс портативным с использованием Dynabeads.

Dynabeads — это коммерчески доступные микроскопические шарики, изготовленные из магнитного железного сердечника и полимерной оболочки, которая может быть покрыта антителами. Поверхностные антитела действуют как крючки для связывания конкретных молекул-мишеней. При смешивании с жидкостью, например с кровью или водой, любые присутствующие молекулы оседают на Dynabeads. Используя магнит, ученые могут аккуратно притянуть шарики ко дну флакона и отфильтровать их из раствора. Лаборатория Карника изучает способы дальнейшего разделения шариков на те, которые связаны с целевой молекулой, и те, которые не связаны. «Тем не менее, проблема в том, как мы узнаем, что у нас есть то, что мы ищем?» — говорит Тадессе.