Τα μικροσκοπικά πιρούνια συντονισμού θα μπορούσαν να κάνουν τη διαφορά μεταξύ ζωής και θανάτου στο νοσοκομείο
Ένας ασθενής που εισάγεται σε νοσοκομείο με σοβαρή βακτηριακή λοίμωξη μπορεί να έχει μόνο λίγες ώρες ζωής. Ωστόσο, το να καταλάβετε ποιο αντιβιοτικό να χορηγήσετε μπορεί να διαρκέσει μέρες. Οι γιατροί πρέπει να αναπτύξουν τα μικρόβια παρουσία των φαρμάκων και να δουν αν αναπαράγονται. Βιαστείτε τη διαδικασία και κινδυνεύουν να συνταγογραφήσουν αναποτελεσματικά αντιβιοτικά, να εκθέσουν τον ασθενή σε περιττές παρενέργειες και να διαδώσουν την αντίσταση στα αντιβιοτικά. Τώρα, οι ερευνητές έχουν αναπτύξει ένα μικροσκοπικό «πιρούνι συντονισμού» που ανιχνεύει μικροσκοπικούς κραδασμούς στα βακτήρια. Η συσκευή μπορεί μια μέρα να επιτρέψει στους γιατρούς να πουν τη διαφορά μεταξύ ζωντανών και νεκρών μικροβίων και να τους επιτρέψει να αναγνωρίσουν αποτελεσματικά και αναποτελεσματικά αντιβιοτικά μέσα σε λίγα λεπτά.
«Είναι μια λαμπρή μέθοδος», με την προϋπόθεση ότι οι επόμενες έρευνες επιβεβαιώνουν την ερμηνεία των δεδομένων τους από τους ερευνητές, λέει ο Martin Hegner, βιοφυσικός στο Trinity College του Δουβλίνου που δεν συμμετείχε στην εργασία.
Η έρευνα περιλαμβάνει μικροσκοπικές, εύκαμπτες ράβδους που ονομάζονται πρόβολοι, οι οποίες δονούνται πάνω-κάτω σαν τα δόντια ενός πιρουνιού συντονισμού όταν λαμβάνουν εισροή ενέργειας. Οι πρόβολοι είναι ένα σημαντικό μέρος της μικροσκοπίας ατομικής δύναμης, το οποίο είναι χρήσιμο για την παραγωγή αναλύσεων ατομικής κλίμακας επιφανειών για χρήση στη νανοτεχνολογία ή την έρευνα της ατομικής φυσικής. Σε αυτή την τεχνική, μια λεπτή βελόνα συνδεδεμένη σε έναν πρόβολο κινείται σε μια επιφάνεια και η εκτροπή του προβόλου δίνει πληροφορίες για το πώς τα άτομα είναι διατεταγμένα στην επιφάνεια. Μπορεί ακόμη και να χρησιμοποιηθεί για την εκτόξευση ατόμων γύρω. Πιο πρόσφατα, ωστόσο, έχουν χρησιμοποιηθεί χωρίς τη βελόνα ως μικροσκοπικοί ταλαντωτές, επιτρέποντας στους επιστήμονες να διερευνήσουν την ύλη που συνδέεται άμεσα με τον πρόβολο.
Ο βιοφυσικός Giovanni Longo και οι συνεργάτες του στο Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας στη Λωζάνη και στο Πανεπιστήμιο της Λωζάνης στην Ελβετία βύθισαν αυτούς τους πρόβολους σε ένα υγρό βακτηριακό μέσο ανάπτυξης και παρακολούθησαν την κίνησή τους χρησιμοποιώντας λέιζερ. Διαπίστωσαν ότι ο γυμνός πρόβολος κινήθηκε πολύ ελαφρά ως αποτέλεσμα της θερμικής κίνησης των μορίων του υγρού στο μέσο. Στη συνέχεια κάλυψαν και τις δύο πλευρές του προβόλου με Escherichia coli βακτήρια, τα οποία μπορούν να προκαλέσουν τροφική δηλητηρίαση, και αμέσως διαπίστωσε ότι οι ταλαντώσεις έγιναν πολύ πιο έντονες. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι οι χημικές διεργασίες που συμβαίνουν μέσα στα βακτήρια καθώς μεταβολίζουν την ενέργεια οδηγούν την ταλάντωση. "Αυτό που βλέπουμε είναι ότι εάν έχετε κάποιο είδος κινούμενου συστήματος στον πρόβολο, θα προκαλέσετε μια κίνηση στον ίδιο τον πρόβολο", εξηγεί ο Longo. «Ακριβώς τι είδους μεταβολική κίνηση βλέπουμε είναι κάτι που ακόμα μελετάμε».
Για να προσδιορίσει εάν οι πρόβολοι μπορούσαν να ανιχνεύσουν την επίδραση των φαρμάκων, η ομάδα πρόσθεσε αμπικιλλίνη, ένα αντιβιοτικό στο οποίο τα καλλιεργημένα βακτήρια ήταν ευαίσθητα. Το μέγεθος των ταλαντώσεων του προβόλου μειώθηκε σχεδόν 20 φορές μέσα σε 5 λεπτά, αναφέρουν οι ερευνητές στο διαδίκτυο σήμερα στο Nature Nanotechnology . Δεκαπέντε λεπτά αργότερα, οι επιστήμονες έβγαλαν το αντιβιοτικό με φρέσκο μέσο ανάπτυξης, αλλά η κίνηση του προβόλου δεν αυξήθηκε ξανά. Αυτό, λένε οι ερευνητές, υποδηλώνει ότι το αντιβιοτικό είχε σκοτώσει τα βακτήρια. Όταν χρησιμοποίησαν ένα ανθεκτικό στην αμπικιλλίνη στέλεχος E. coli , ωστόσο, διαπίστωσαν ότι οι ταλαντώσεις αρχικά μειώθηκαν αλλά επέστρεψαν στο φυσιολογικό μέσα σε περίπου 15 λεπτά, υποδεικνύοντας ότι τα μικρόβια είχαν ανακάμψει.
Ο Χέγκνερ προειδοποιεί ότι η έρευνα εξακολουθεί να είναι "βασική επιστήμη... Δεν είναι ακόμη ένα εφαρμοσμένο εργαλείο που να είναι αρκετά ισχυρό για να χρησιμοποιηθεί σε ένα ER ή κάτι τέτοιο." Αυτό, λέει, μπορεί να πάρει άλλα 5 ή 10 χρόνια.
Πριν συμβεί αυτό, λέει ο Hegner, οι ερευνητές πρέπει να προσδιορίσουν τι συλλαμβάνουν οι αισθητήρες και αν αυτό το σήμα μπορεί να συνδεθεί οριστικά με τα βακτήρια και την αντίστασή τους στα αντιβιοτικά. Πρέπει επίσης να ανακαλύψουν εάν οι ιδιότητες του μέσου επηρεάζουν τα αποτελέσματα, λέει. "Εάν εγχύσετε ένα βακτήριο σε ένα μέσο με διαφορετικό ιξώδες και διαφορετική πυκνότητα, αυτό μπορεί επίσης να επηρεάσει τη δόνηση του αισθητήρα."
Οι Ελβετοί ερευνητές συνεχίζουν να διερευνούν κλινικές εφαρμογές του συστήματός τους. Πρόσφατα απέκτησαν πρόσβαση σε ένα πιο ασφαλές εργαστήριο με άδεια να χειρίζεται εξαιρετικά παθογόνα βακτήρια και εργάζονται για την επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων τους σε αυτά τα μικρόβια. Σκέφτονται και πέρα από την κλινική. «Το όνειρό μας είναι να στείλουμε κάτι τέτοιο στον Άρη για να δούμε αν υπάρχει ζωή», λέει ο Longo. "Είναι πολύ πιο γρήγορη από οποιαδήποτε άλλη τεχνική μπορεί να φανταστεί κανείς - απλά βάζετε λίγη από τη βρωμιά του Άρη μέσα στο υγρό και ό,τι συνδέεται με τον πρόβολο, αν κινείται είναι ζωντανό."
