Ottenere i risultati di un esame del sangue può richiedere da un giorno a una settimana, a seconda dell’obiettivo dell’esame. Lo stesso vale per i test sull’inquinamento dell’acqua e sulla contaminazione degli alimenti. E nella maggior parte dei casi, il tempo di attesa ha a che fare con fasi dispendiose in termini di tempo nell’elaborazione e nell’analisi dei campioni.
Ora, gli ingegneri del MIT hanno identificato una nuova firma ottica in una classe ampiamente utilizzata di sfere magnetiche, che potrebbe essere utilizzata per rilevare rapidamente i contaminanti in una varietà di test diagnostici. Ad esempio, il team ha dimostrato che la firma potrebbe essere utilizzata per rilevare segni di contaminante alimentare Salmonella.
Le cosiddette Dynabeads sono microscopiche perle magnetiche che possono essere rivestite con anticorpi che si legano a molecole bersaglio, come un agente patogeno specifico. I Dynabeads vengono generalmente utilizzati negli esperimenti in cui vengono mescolati in soluzioni per catturare molecole di interesse. Ma da lì, gli scienziati devono compiere ulteriori passi, che richiedono molto tempo, per confermare che le molecole siano effettivamente presenti e legate alle sfere.
Il team del MIT ha trovato un modo più rapido per confermare la presenza di agenti patogeni legati a Dynabead, utilizzando l’ottica, in particolare la spettroscopia Raman. Questa tecnica ottica identifica molecole specifiche in base alla loro “firma Raman” o al modo unico in cui una molecola disperde la luce.
I ricercatori hanno scoperto che i Dynabeads hanno una firma Raman insolitamente forte che può essere facilmente rilevata, proprio come un tag fluorescente. Questa firma, hanno scoperto, può fungere da “reporter”. Se rilevato, il segnale può servire come conferma rapida, entro meno di un’ora, che un agente patogeno target è effettivamente presente in un dato campione. Il team sta attualmente lavorando per sviluppare un dispositivo portatile per rilevare rapidamente una serie di agenti patogeni batterici e ha riportato oggi i risultati in un numero speciale del Giornale di spettroscopia Raman.
“Questa tecnica sarebbe utile in una situazione in cui un medico sta cercando di restringere la fonte di un’infezione per informare meglio la prescrizione di antibiotici, nonché per il rilevamento di agenti patogeni noti nel cibo e nell’acqua”, afferma il coautore dello studio. Marissa McDonald, una studentessa laureata del programma Harvard-MIT in Scienze e tecnologie sanitarie. “Inoltre, speriamo che questo approccio porti alla fine a un accesso ampliato alla diagnostica avanzata in ambienti con risorse limitate.”
I coautori dello studio al MIT includono Jongwan Lee, associato post-dottorato; Visiting Scholar Nikiwe Mhlanga; Il ricercatore Jeon Woong Kang; Il professor Tata Rohit Karnik, che è anche direttore associato dell’Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab; e il professore assistente Loza Tadesse del Dipartimento di Ingegneria Meccanica.
Olio e acqua
Cercare cellule malate e agenti patogeni nei campioni di liquidi è un esercizio di pazienza.
“È una specie di problema dell’ago nel pagliaio”, afferma Tadesse.
I numeri presenti sono così piccoli che devono essere coltivati in ambienti controllati fino a raggiungere un numero sufficiente e le loro colture colorate, quindi studiate al microscopio. L’intero processo può richiedere da diversi giorni a una settimana per produrre un risultato positivo o negativo sicuro.
Sia i laboratori di Karnik che quelli di Tadesse hanno sviluppato in modo indipendente tecniche per accelerare varie parti del processo di test degli agenti patogeni e rendere il processo portatile, utilizzando Dynabeads.
Le Dynabeads sono microsfere disponibili in commercio costituite da un nucleo di ferro magnetico e un guscio polimerico che può essere rivestito con anticorpi. Gli anticorpi di superficie agiscono come ganci per legare specifiche molecole bersaglio. Quando mescolate con un fluido, come una fiala di sangue o acqua, tutte le molecole presenti si attaccano alle Dynabeads. Usando un magnete, gli scienziati possono attirare delicatamente le perline sul fondo di una fiala e filtrarle da una soluzione. Il laboratorio di Karnik sta studiando modi per separare ulteriormente le sfere in quelle che sono legate a una molecola bersaglio e quelle che non lo sono. “Tuttavia, la sfida è: come facciamo a sapere se abbiamo ciò che stiamo cercando?” Tadesse dice.
Le perle stesse non sono visibili ad occhio. È qui che entra in gioco il lavoro di Tadesse. Il suo laboratorio utilizza la spettroscopia Raman come un modo per “imprimere le impronte digitali” degli agenti patogeni. Ha scoperto che diversi tipi di cellule diffondono la luce in modi unici che possono essere utilizzati come firma per identificarli.
Nel nuovo lavoro del team, lei e i suoi colleghi hanno scoperto che i Dynabeads hanno anche una firma Raman unica e forte che può agire come un faro sorprendentemente chiaro.
“Inizialmente stavamo cercando di identificare le tracce dei batteri, ma la firma dei Dynabeads era in realtà molto forte”, dice Tadesse. “Ci siamo resi conto che questo segnale potrebbe essere un mezzo per segnalarti se hai quel batterio o meno.”
Faro di prova
Come dimostrazione pratica, i ricercatori hanno mescolato Dynabeads in fiale contenenti acqua contaminata Salmonella. Hanno quindi isolato magneticamente queste perle su vetrini da microscopio e hanno misurato il modo in cui la luce si diffonde attraverso il fluido quando esposto alla luce laser. Nel giro di mezzo secondo, hanno rilevato rapidamente la firma Raman dei Dynabeads, una conferma che legava i Dynabeads e, per deduzione, Salmonellaerano presenti nel fluido.
“Questo è qualcosa che può essere utilizzato per dare rapidamente una risposta positiva o negativa: c’è un contaminante o no?” Tadesse dice. “Perché anche una manciata di agenti patogeni può causare sintomi clinici.”
La nuova tecnica del team è significativamente più veloce dei metodi convenzionali e utilizza elementi che potrebbero essere adattati in forme più piccole e portatili, un obiettivo a cui i ricercatori stanno attualmente lavorando. L’approccio è anche altamente versatile.
“Salmonella è la prova del concetto”, afferma Tadesse. “Potresti acquistare Dynabeads con E.coli anticorpi, e accadrebbe la stessa cosa: si legherebbe ai batteri e saremmo in grado di rilevare la firma Dynabead perché il segnale è estremamente forte.”
Il team è particolarmente interessato ad applicare il test a condizioni come la sepsi, dove il tempo è essenziale e dove gli agenti patogeni che scatenano la condizione non vengono rilevati rapidamente utilizzando i test di laboratorio convenzionali.
“Ci sono molti casi, come nella sepsi, in cui le cellule patogene non possono sempre essere coltivate su una piastra”, afferma Lee, un membro del laboratorio di Karnik. “In tal caso, la nostra tecnica potrebbe rilevare rapidamente questi agenti patogeni.”
Questa ricerca è stata supportata, in parte, dal Centro di ricerca biomedica laser del MIT, dal National Cancer Institute e dall’Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab del MIT.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
