Биосенсор на основе дыхания контролирует концентрацию антибиотиков в организме

blank

Растет число устойчивых к антибиотикам бактерий, появляются новые штаммы, способные уклоняться от передовых лекарств, которые появляются во всем мире. Пока исследователи пытаются определить новые классы лекарств, чтобы преодолеть этот пробел, узкие места в этом процессе означают, что мы отстаем и приближаемся к эпохе, когда даже простая инфекция может снова убить.

Исследователи из Университета Фрайбурга во главе с доктором Джаном Динсером и профессором Вильфридом Вебером считают, что одна из стратегий замедления этого снижения — оптимизация концентраций антибиотиков, которые нам все еще нужны, чтобы избежать появления лекарственной устойчивости из-за недостаточного дозирования.

В настоящее время у клиницистов нет возможности эффективно контролировать концентрацию антибиотиков у пациентов, что потребовало бы частых анализов крови и наблюдения. Это может быть проблематично, поскольку успех терапии зависит от концентрации антибиотика, остающейся в пределах определенного терапевтического окна — это уникально в зависимости от того, как организм пациента реагирует и разрушает лекарство. Вместо этого операционные окна были определены на основе данных, собранных на животных моделях и здоровых добровольцах, что привело к диапазонам статистически приемлемых концентраций: субтерапевтических, терапевтических или токсичных.

«Это означает, что в большинстве случаев пациенты не могут получить оптимальные дозы для своего текущего состояния», — сказал Х. Серен Атес, исследователь из Фрайбурга и первый автор исследования. «Имея в виду девиз« Никто не средний », мы хотели бы удовлетворить эту потребность».

Динсер и Атес считают, что этого можно достичь, назначив правильную дозу в нужное время с помощью индивидуализированной терапии. В настоящее время, если курс антибиотиков не может полностью искоренить инфекцию, то используются дополнительные терапевтические средства или добавляются к курсу лечения. Вместо универсального подхода, команда стремилась разработать простые и рентабельные средства мониторинга уровней антибиотиков в соответствии с индивидуальными потребностями пациента.

«Нам необходимо выяснить, как лекарство метаболизируется в организме, учитывая несколько параметров, таких как индивидуальная фармакокинетика, возраст или сопутствующая патология», — сказал Динсер. «Однако эта персонализированная схема требует частого отбора проб и анализа». Хотя это поможет обуздать неэффективное использование антибиотиков, большинство медицинских работников не могут управлять этим рабочим процессом для каждого пациента.

Чтобы преодолеть это препятствие, Динсер и его команда разработали одноразовый микрожидкостный биосенсор без антител, способный быстро и точно контролировать до четырех лекарств (с возможностью расширения до восьми) в организме на одном чипе. Он включает в себя иммобилизованные биомолекулы на поверхности внутри устройства, которые вызывают изменение электрохимического сигнала, когда они вступают в контакт с определенными молекулами, такими как указанная молекула лекарства.

«Одна из уникальных особенностей нашей сенсорной технологии, которая отличается от большинства своих аналогов, заключается в том, что секция иммобилизации биомолекул отделена от области электрохимического обнаружения», — сказал Атес. «С такой конфигурацией мы, по сути, обходим проблему электрода [загрязнения] и можем работать со сложными биожидкостями, такими как необработанная цельная кровь, без ущерба для чувствительности».

Высокая чувствительность устройства позволила команде определить даже следовые количества наркотиков в выдыхаемом воздухе, создав своего рода антибиотик «алкотестер». «Впервые мы смогли найти корреляцию между измеренным конденсатом выдыхаемого воздуха и уровнем в крови», — сказал Атес.

Устройство хвастается как «свободное от антител» — это обычная стратегия обнаружения на основе белков. «У этого есть два основных преимущества», — говорит Динсер. Во-первых, это повышенная стабильность сенсора, поскольку антитела чувствительны к температуре, что ограничивает способы их хранения и продолжительность. Во-вторых, и это, пожалуй, самое главное преимущество, антитела делают это устройство довольно дорогим. «Использование антител увеличивает стоимость производства одного чипа как минимум в 10 раз, что противоречит нашей первой цели разработки простой в использовании и недорогой технологии для частого измерения уровней антибиотиков для лучшего управления лекарствами», — сказал Атес.

Возможности устройства были продемонстрированы на животных моделях, точно предсказывая различные концентрации β-лактама в различных биологических жидкостях, таких как кровь и слюна. В настоящее время команда работает над миниатюризацией своей системы, чтобы сделать ее более удобной для пользователя, а также над сокращением времени от образца до результата с конечной целью получения результатов менее чем за 30 минут — устройству в настоящее время требуется 90 минут.

Поделиться

Источник