تکنیک جدید و کارآمد برای تست حساسیت آنتی بیوتیکی سریع با استفاده از میکروسکوپ نوری

محققان EPFL و Vrije Universiteit Brussel یک روش جدید و بسیار کارآمد برای آزمایش سریع حساسیت آنتی بیوتیکی با استفاده از میکروسکوپ نوری ایجاد کرده اند. این تکنیک که تشخیص نانوحرکت نوری نام دارد، بسیار سریع، حساس به تک سلولی، بدون برچسب است و تنها به یک میکروسکوپ نوری سنتی مجهز به دوربین یا تلفن همراه نیاز دارد.

ما تکنیکی را در آزمایشگاه‌های خود توسعه داده‌ایم که به ما امکان می‌دهد در عرض ۲ تا ۴ ساعت یک آنتی‌بیوگرام به‌جای ۲۴ ساعت فعلی برای رایج‌ترین میکروب‌ها و یک ماه برای سل دریافت کنیم.

دکتر سندور کاساس، EPFL

پروفسور Ronnie Willaert در Vrije Universiteit Brussel می افزاید: “تکنیک ما نه تنها سریع تر، بلکه ساده تر و ارزان تر از تمام تکنیک های موجود است.”

مقاومت آنتی‌بیوتیکی زمانی اتفاق می‌افتد که باکتری‌ها توانایی شکست دادن داروهای طراحی شده برای کشتن آنها را پیدا کنند. اکنون به یک مسئله بهداشت عمومی جهانی تبدیل شده است. این بیماری مسئول حداقل 1.27 میلیون مرگ در سراسر جهان در سال 2019 بوده است در حالی که در نزدیک به پنج میلیون مرگ نقش داشته است. هر سال، ایالات متحده تقریباً سه میلیون عفونت مقاوم به ضد میکروبی را مشاهده می کند که هزینه درمان شش مورد از رایج ترین آنها بیش از 4.6 میلیارد دلار است. اتحادیه اروپا هر سال تقریباً 700000 پرونده را مشاهده می کند که حدود 1.5 میلیارد یورو برای آن هزینه دارد.

تست حساسیت آنتی‌بیوتیکی (AST) از روش‌های کشت استفاده می‌کند که باکتری‌ها را در معرض آنتی‌بیوتیک قرار می‌دهد، یا از روش‌های ژنتیکی برای تعیین اینکه آیا باکتری دارای ژن‌هایی است که مقاومت ایجاد می‌کنند یا خیر. AST های معمولی تا 24 ساعت یا حتی بیشتر برای باکتری های با رشد آهسته دوام می آورند – یک بازه زمانی که می تواند به معنای زندگی یا مرگ در یک محیط بالینی باشد. در سال‌های اخیر ASTهای سریع‌تری توسعه یافته‌اند، اما آنها پیچیده هستند و به تجهیزات پیچیده و گران‌قیمتی نیاز دارند.

اکنون، محققان به رهبری Kasas و Willaert یک روش سریع، ارزان و به طور گسترده بر اساس میکروسکوپ نوری ایجاد کرده اند که می تواند AST را با حساسیت تک سلولی و بدون نیاز به چسباندن یا برچسب زدن باکتری ها انجام دهد. این تکنیک از یک میکروسکوپ نوری معمولی، دوربین یا تلفن همراه و نرم افزار اختصاصی استفاده می کند. این پروژه تحقیقاتی مشترک در PNAS.

روش جدید تشخیص نانوحرکت نوری (ONMD) نامیده می شود و شامل نظارت بر ارتعاشات در مقیاس نانو تک باکتری قبل و هنگام قرار گرفتن در معرض آنتی بیوتیک ها است. مانیتورینگ با میکروسکوپ نوری اولیه، دوربین فیلمبرداری یا تلفن همراه انجام می شود.

تکنیک ONMD نوسانات میکروسکوپی سلول های باکتریایی (نانوحرکت) را که مشخصه موجودات زنده است و می تواند به عنوان “امضای حیات” در نظر گرفته شود، نظارت می کند. در واقع، نانوحرکت تا زمانی که ارگانیسم زنده است دوام می آورد، اما پس از مرگ بلافاصله متوقف می شود. در تکنیک ONMD، نانوحرکت باکتریایی در فیلمی ثبت می‌شود که در آن همه جابجایی‌های سلولی با وضوح زیرپیکسل نظارت می‌شوند.

محققان از ONMD برای تشخیص موفقیت آمیز حساسیت باکتری های متعدد به آنتی بیوتیک ها استفاده کردند. اشرشیاکلی، استافیلوکوکوس اورئوس، لاکتوباسیلوس رامنوسوس، و مایکوباکتریوم اسمگماتیس (یک مدل باکتریایی غیر بیماریزا برای سل) حساسیت به آنتی بیوتیک های آمپی سیلین، استرپتومایسین، داکسی سایکلین و وانکومایسین در کمتر از دو ساعت تعیین شد.

ONMD نه تنها انتقال باکتری‌ها به مرگ و زندگی را پس از قرار گرفتن در معرض آنتی‌بیوتیک‌های مختلف نظارت می‌کند، بلکه تغییرات در متابولیسم باکتری‌ها ناشی از در دسترس بودن مواد مغذی را نیز برجسته می‌کند. آزمایشات نشان داد که ONMD می تواند حساسیت یا مقاومت سلول های باکتریایی به آنتی بیوتیک ها را به روشی ساده و سریع با نظارت بر نوسانات سلولی ارزیابی کند.

نویسندگان بیان می‌کنند: «سادگی و کارایی روش، آن را به یک تغییر دهنده بازی در زمینه AST تبدیل می‌کند» زیرا می‌توان آن را برای طیف وسیعی از باکتری‌ها اعمال کرد که پیامدهای قابل‌توجهی برای کاربردهای بالینی و تحقیقاتی دارد.