חוקרי סטנפורד מפתחים דרך חדשה לזהות חיידקים בנוזלים: התאמה חדשנית של הטכנולוגיה במדפסת הזרקת דיו ישנה פלוס הדמיה בסיוע בינה מלאכותית מובילה לדרך מהירה וזולה יותר לזהות חיידקים בדם, בשפכים ועוד

הועלה מחדש על ידי אפלטון

עוקב: 0

עמוד הבית > חדשות ועדכונים > חוקרי סטנפורד מפתחים דרך חדשה לזהות חיידקים בנוזלים: התאמה חדשנית של הטכנולוגיה במדפסת הזרקת דיו ישנה בתוספת הדמיה בעזרת AI מובילה לדרך מהירה וזולה יותר לזהות חיידקים בדם, בשפכים ועוד

פרטים של הנקודות המודפסות בשקופית מצופה זהב (א) שבה צביעה כוזבת בתקריב של נקודה בודדת מציגה קריאות דם אדומות באדום וחיידקי Staphylococcus epidermidis בכחול. החוקרים הדפיסו גם על שקופית מצופה אגר (ב) כדי להראות כיצד הנקודות מסתדרות בדגירה. אַשׁרַאי
פריחה ספיר

תקציר:
האיר בלייזר על טיפת דם, ריר או מי שפכים, וניתן להשתמש באור המשקף בחזרה לזיהוי חיובי של חיידקים בדגימה.

חוקרי סטנפורד מפתחים דרך חדשה לזהות חיידקים בנוזלים: התאמה חדשנית של הטכנולוגיה במדפסת הזרקת דיו ישנה בתוספת הדמיה בעזרת AI מובילה לדרך מהירה וזולה יותר לזהות חיידקים בדם, בשפכים ועוד.

סטנפורד, קליפורניה | פורסם ב-3 במרץ, 2023

"אנחנו יכולים לגלות לא רק שחיידקים קיימים, אלא ספציפית אילו חיידקים נמצאים בדגימה - E. coli, סטפילוקוקוס, סטרפטוקוקוס, סלמונלה, אנתרקס ועוד", אמרה ג'ניפר דיון, פרופסור חבר למדעי החומרים והנדסת חומרים. באדיבות רדיולוגיה באוניברסיטת סטנפורד. "לכל חיידק יש טביעת אצבע אופטית ייחודית משלו. זה כמו הקוד הגנטי והפרוטאומי משורבט באור".

דיון היא מחברת בכירה של מחקר חדש בכתב העת Nano Letters המפרט שיטה חדשנית שהצוות שלה פיתח שיכולה להוביל למבחנים מיקרוביאליים מהירים יותר (כמעט מיידיים), זולים ומדויקים יותר של כמעט כל נוזל שרוצים לבדוק עבור חיידקים.

שיטות תרבות מסורתיות שעדיין נמצאות בשימוש היום יכולות להימשך שעות אם לא ימים. תרבית שחפת נמשכת 40 יום, אמר דיון. הבדיקה החדשה יכולה להיעשות תוך דקות ומחזיקה בהבטחה לאבחון טוב ומהיר יותר של זיהום, שימוש משופר באנטיביוטיקה, מזון בטוח יותר, ניטור סביבתי משופר ופיתוח תרופות מהיר יותר, אומר הצוות.

כלבים ישנים, טריקים חדשים
פריצת הדרך היא לא שחיידקים מציגים את טביעות האצבע הספקטרליות הללו, עובדה ידועה כבר עשרות שנים, אלא באופן שבו הצוות הצליח לחשוף את הספקטרום הללו בתוך מערך האור המסנוור המשתקף מכל דגימה.

"לא רק שכל סוג של חיידק מפגין דפוסים ייחודיים של אור אלא למעשה כל מולקולה או תא אחרים בדגימה נתונה גם כן", אמרה הסופרת הראשונה פארהה ספיר, סטודנטית לדוקטורט במעבדה של דיון. "תאי דם אדומים, תאי דם לבנים ורכיבים אחרים בדגימה שולחים בחזרה אותות משלהם, מה שמקשה עד בלתי אפשרי להבחין בין הדפוסים המיקרוביאליים לרעש של תאים אחרים."

מיליליטר דם - בערך בגודל של טיפת גשם - יכול להכיל מיליארדי תאים, שרק מעטים מהם עשויים להיות חיידקים. הצוות היה צריך למצוא דרך להפריד ולהגביר את האור המשתקף מהחיידקים בלבד. לשם כך, הם יצאו לאורך כמה משיקים מדעיים מפתיעים, בשילוב טכנולוגיה בת ארבעה עשורים שהושאלה ממחשוב - מדפסת הזרקת דיו - ושתי טכנולוגיות מתקדמות של זמננו - ננו-חלקיקים ובינה מלאכותית.

"המפתח להפרדת ספקטרום חיידקים מאותותים אחרים הוא לבודד את התאים בדגימות קטנות במיוחד. אנו משתמשים בעקרונות של הדפסת הזרקת דיו כדי להדפיס אלפי נקודות זעירות של דם במקום לחקור דגימה גדולה אחת", הסביר מחבר השותף Butrus "Pierre" Khuri-Yakub, פרופסור אמריטוס להנדסת חשמל בסטנפורד שעזר בפיתוח הזרקת הדיו המקורית מדפסת בשנות ה-1980.

"אבל אתה לא יכול פשוט להשיג מדפסת הזרקת דיו מהמדף ולהוסיף דם או שפכים", הדגיש ספיר. כדי לעקוף אתגרים בטיפול בדגימות ביולוגיות, החוקרים שינו את המדפסת כדי לשים דוגמאות לנייר באמצעות פולסים אקוסטיים. כל נקודה של דם מודפס היא אז רק שני טריליון טריליון הליטר בנפח - יותר מפי מיליארד קטן מטיפה גשם. בקנה מידה זה, הטיפות כל כך קטנות שהן עשויות להכיל רק כמה עשרות תאים.

בנוסף, החוקרים החדירו לדגימות ננו-רודים מוזהבים שמתחברים לחיידקים, אם קיימים, ופועלים כמו אנטנות, מושכים את אור הלייזר לכיוון החיידקים ומגבירים את האות פי 1500 מעוצמתו הבלתי מוגברת. מבודדים ומוגברים כראוי, ספקטרום החיידקים בולט כמו אגודלים מדעיים.

החלק האחרון של הפאזל הוא השימוש בלמידת מכונה כדי להשוות בין מספר הספקטרים המשתקפים מכל נקודה מודפסת של נוזל כדי לזהות את החתימות המעידות של כל חיידק בדגימה.

"זהו פתרון חדשני עם פוטנציאל להשפעה מצילת חיים. כעת אנו נרגשים להזדמנויות מסחור שיכולות לעזור להגדיר מחדש את הסטנדרט של זיהוי חיידקים ואפיון תא בודד", אמר מחבר שותף בכיר אמר סאלח, פוסט-דוקטורט לשעבר במעבדה של דיון וכיום פרופסור באוניברסיטת קהיר.

זרז לשיתוף פעולה
סוג זה של שיתוף פעולה חוצה-תחומי הוא סימן ההיכר של מסורת סטנפורד שבה מומחים מתחומים שנראים שונים זה מזה מביאים את המומחיות המשתנה שלהם כדי לפתור אתגרים ארוכי שנים עם השפעה חברתית.

גישה מסוימת זו נוצרה במהלך פגישת צהריים בבית קפה בקמפוס, ובשנת 2017, הייתה בין המקבלים הראשונים של סדרה של 3 מיליון דולרים של מענקים שחולקו על ידי ה-Stanford's Catalyst for Collaborative Solutions. מענקי קטליסט מכוונים במיוחד לעורר נטילת סיכונים בינתחומיים ושיתוף פעולה בין חוקרי סטנפורד בתחומים בעלי תגמול גבוה כמו בריאות, סביבה, אוטונומיה וביטחון.

בעוד שהטכניקה הזו נוצרה ושוכללה באמצעות דגימות דם, דיון בטוחה באותה מידה שניתן ליישם אותה על סוגים אחרים של נוזלים ותאי מטרה מעבר לחיידקים, כמו בדיקת מי שתייה לטוהר או אולי איתור וירוסים מהר יותר, מדויק יותר וברמה נמוכה יותר. עלות מהשיטות הנוכחיות.

מחברים נוספים בסטנפורד כוללים סטודנטית לדוקטורט לשעבר לוזה טדסה; צוות המחקר קמיאר פירוזי; ניאז בנאי, פרופסור לפתולוגיה ולרפואה בבית הספר לרפואה; וסטפני ג'פרי, הפרופסור של ג'ון ומרווה וורנוק, אמריטה, בבית הספר לרפואה. Nhat Vu מ-Pummpkinseed Technologies הוא גם מחבר שותף. בנאי, דיון, ג'פרי וח'ורי-יאקוב חברים גם בסטנפורד ביו-אקס. דיון היא גם סגנית משנה בכירה של פלטפורמות מחקר/מתקנים משותפים, חברה במכון הלב וכלי הדם ובמכון Wu Tsai למדעי המוח, ושותפה של מכון Precourt לאנרגיה. ג'פרי הוא גם חבר במכון לסרטן בסטנפורד. ח'ורי-יעקוב הוא גם חבר במכון הלב וכלי הדם, במכון לסרטן בסטנפורד ובמכון למדעי המוח של וו צאי.

מחקר זה מומן על ידי Stanford Catalyst for Collaborative Solutions, תוכנית החוקרים של צ'אן צוקרברג ביוהוב, NIH-NCATS-CTSA, קרן גייטס, הקרן הלאומית למדע, פרס ה-NIH New Innovator, ומקרנות ראשונות ממרכז סטנפורד עבור חדשנות בבריאות גלובלית. חלק מעבודה זו בוצע במתקן הננו המשותף של סטנפורד (SNSF) ובמתקן החומרים הרכים וההיברידיים (SMF), הנתמכים על ידי הקרן הלאומית למדע והתשתית הלאומית המתואמת לננוטכנולוגיה.

####

לקבלת מידע נוסף, לחץ על כאן

ליצירת קשר:
ג'יל וו
בית הספר להנדסה באוניברסיטת סטנפורד

זכויות יוצרים © בית הספר להנדסה באוניברסיטת סטנפורד

אם יש לך תגובה בבקשה צרו קשר שלנו.

מנפיקי מהדורות חדשות, לא 7th Wave, Inc. או Nanotechnology Now, אחראים בלעדית לדיוק התוכן.

הפוך: