Cercetătorii de la Stanford dezvoltă o nouă modalitate de a identifica bacteriile din fluide: o adaptare inovatoare a tehnologiei dintr-o veche imprimantă cu jet de cerneală, plus imagistica asistată de inteligență artificială duce la o modalitate mai rapidă și mai ieftină de a depista bacteriile din sânge, apele uzate și altele

Republicat de Platon

Urmaritori: 0

Acasă > Anunturi > Cercetătorii de la Stanford dezvoltă o nouă modalitate de a identifica bacteriile din fluide: o adaptare inovatoare a tehnologiei într-o veche imprimantă cu jet de cerneală plus imagistica asistată de AI duce la o modalitate mai rapidă și mai ieftină de a identifica bacteriile în sânge, în apele uzate și multe altele.

Detalii ale punctelor imprimate pe o diapozitivă acoperită cu aur (a), unde colorarea falsă în prim-planul unui singur punct arată apeluri de sânge roșu în roșu și bacteriile Staphylococcus epidermidis în albastru. Cercetătorii au imprimat, de asemenea, pe o diapozitivă acoperită cu agar (b) pentru a arăta cum se descurcă punctele în timpul incubației. CREDIT
Fareeha Safir

Rezumat:
Strălucește cu laser o picătură de sânge, mucus sau apă uzată, iar lumina care reflectă înapoi poate fi folosită pentru a identifica în mod pozitiv bacteriile din probă.

Cercetătorii de la Stanford dezvoltă o nouă modalitate de a identifica bacteriile din fluide: o adaptare inovatoare a tehnologiei într-o imprimantă cu jet de cerneală veche plus imagini asistate de AI conduc la o modalitate mai rapidă și mai ieftină de a identifica bacteriile în sânge, în apele uzate și multe altele.

Stanford, CA | Postat pe 3 martie 2023

„Putem afla nu doar că bacteriile sunt prezente, ci mai ales care bacterii sunt în probă – E. coli, stafilococ, streptococ, salmonella, antrax și multe altele”, a spus Jennifer Dionne, profesor asociat de știința materialelor și inginerie și , prin curtoazie, de radiologie de la Universitatea Stanford. „Fiecare microb are propria sa amprentă optică unică. Este ca și codul genetic și proteomic mâzgălit în lumină.”

Dionne este autoarea principală a unui nou studiu în jurnalul Nano Letters, care detaliază o metodă inovatoare dezvoltată de echipa ei, care ar putea duce la teste microbiene mai rapide (aproape imediate), ieftine și mai precise ale practic oricărui fluid pe care s-ar dori să îl testeze pentru microbi.

Metodele tradiționale de cultură încă utilizate astăzi pot dura ore, dacă nu zile, pentru a fi finalizate. O cultură de tuberculoză durează 40 de zile, a spus Dionne. Noul test poate fi realizat în câteva minute și deține promisiunea unui diagnostic mai bun și mai rapid al infecției, utilizarea îmbunătățită a antibioticelor, alimente mai sigure, monitorizarea îmbunătățită a mediului și dezvoltarea mai rapidă a medicamentelor, spune echipa.

Câini vechi, trucuri noi
Descoperirea nu constă în faptul că bacteriile afișează aceste amprente spectrale, un fapt care este cunoscut de zeci de ani, ci în modul în care echipa a reușit să dezvăluie acele spectre în mijlocul matricei orbitoare de lumină care se reflectă din fiecare probă.

„Nu numai că fiecare tip de bacterie demonstrează modele unice de lumină, dar, practic, orice altă moleculă sau celulă dintr-un eșantion dat,” a spus primul autor Fareeha Safir, doctorand în laboratorul lui Dionne. „Celulele roșii, globulele albe și alte componente din eșantion își trimit propriile semnale, ceea ce face dificilă, dacă nu imposibilă, distingerea tiparelor microbiene de zgomotul altor celule.”

Un mililitru de sânge – de mărimea unei picături de ploaie – poate conține miliarde de celule, dintre care doar câteva ar putea fi microbi. Echipa a trebuit să găsească o modalitate de a separa și amplifica lumina reflectată doar de bacterii. Pentru a face acest lucru, ei s-au aventurat de-a lungul mai multor tangente științifice surprinzătoare, combinând o tehnologie veche de patru decenii împrumutată din calcul – imprimanta cu jet de cerneală – și două tehnologii de ultimă oră ale vremurilor noastre – nanoparticulele și inteligența artificială.

„Cheia separării spectrelor bacteriene de alte semnale este izolarea celulelor în eșantioane extrem de mici. Folosim principiile imprimării cu jet de cerneală pentru a imprima mii de puncte minuscule de sânge în loc să interogăm o singură mostră mare”, a explicat coautorul Butrus „Pierre” Khuri-Yakub, profesor emerit de inginerie electrică la Stanford, care a ajutat la dezvoltarea inkjet-ului original. imprimantă în anii 1980.

„Dar nu poți să obții o imprimantă cu jet de cerneală disponibilă la raft și să adaugi sânge sau apă uzată”, a subliniat Safir. Pentru a evita provocările în manipularea probelor biologice, cercetătorii au modificat imprimanta pentru a pune mostrele pe hârtie folosind impulsuri acustice. Fiecare punct de sânge imprimat are atunci doar două trilioane de litru în volum – de peste un miliard de ori mai mic decât o picătură de ploaie. La acea scară, picăturile sunt atât de mici încât pot conține doar câteva zeci de celule.

În plus, cercetătorii au infuzat probele cu nanorods de aur care se atașează de bacterii, dacă sunt prezente, și acționează ca niște antene, atragând lumina laser către bacterii și amplificând semnalul de aproximativ 1500 de ori puterea sa neintensificată. Izolate și amplificate în mod corespunzător, spectrele bacteriene ies ca niște degete științifice dureroase.

Piesa finală a puzzle-ului este utilizarea învățării automate pentru a compara mai multe spectre care se reflectă din fiecare punct imprimat de fluid pentru a identifica semnăturile indicatoare ale oricărei bacterii din probă.

„Este o soluție inovatoare cu potențialul de a salva vieți. Acum suntem încântați de oportunitățile de comercializare care pot ajuta la redefinirea standardului de detectare a bacteriilor și de caracterizare a celulelor unice”, a declarat co-autor principal Amr Saleh, un fost cercetător postdoctoral în laboratorul lui Dionne și acum profesor la Universitatea Cairo.

Catalizator pentru colaborare
Acest tip de colaborare interdisciplinară este un semn distinctiv al tradiției Stanford, în care experții din domenii aparent disparate își aduc expertiza variată pentru a rezolva provocările de lungă durată cu impact societal.

Această abordare specială a fost concepută în timpul unei întâlniri la prânz la o cafenea din campus și, în 2017, a fost printre primii beneficiari ai unei serii de granturi de 3 milioane de dolari distribuite de Catalyst for Collaborative Solutions de la Stanford. Granturile Catalyst sunt în mod special orientate spre inspirarea asumării de riscuri interdisciplinare și a colaborării între cercetătorii de la Stanford în domenii cu recompensă ridicată, cum ar fi îngrijirea sănătății, mediul, autonomia și securitatea.

În timp ce această tehnică a fost creată și perfecționată folosind mostre de sânge, Dionne este la fel de încrezătoare că poate fi aplicată și altor tipuri de fluide și celule țintă, dincolo de bacterii, cum ar fi testarea apei de băut pentru puritate sau poate detectarea virușilor mai rapid, mai precis și la un nivel mai scăzut. costă decât metodele actuale.

Co-autori suplimentari de la Stanford includ fostul doctorand Loza Tadesse; personalul de cercetare Kamyar Firouzi; Niaz Banaei, profesor de patologie si medicina la Facultatea de Medicina; și Stefanie Jeffrey, profesorul emerit John și Marva Warnock, la Facultatea de Medicină. Nhat Vu de la Pumpkinseed Technologies este, de asemenea, coautor. Banaei, Dionne, Jeffrey și Khuri-Yakub sunt, de asemenea, membri ai Stanford Bio-X. Dionne este, de asemenea, viceproctor asociat senior al platformelor de cercetare/facilități partajate, membru al Institutului Cardiovascular și al Institutului de Neuroștiințe Wu Tsai și un afiliat al Institutului Precourt pentru Energie. Jeffrey este, de asemenea, membru al Institutului de Cancer Stanford. Khuri-Yakub este, de asemenea, membru al Institutului Cardiovascular, al Institutului de Cancer Stanford și al Institutului de Neuroștiințe Wu Tsai.

Această cercetare a fost finanțată de Stanford Catalyst for Collaborative Solutions, Chan Zuckerberg Biohub Investigator Program, NIH-NCATS-CTSA, Fundația Gates, National Science Foundation, NIH New Innovator Award și din fonduri de lansare de la Centrul Stanford pentru Inovație în sănătatea globală. O parte din această activitate a fost realizată la Stanford Nano Shared Facilities (SNSF) și la Soft & Hybrid Materials Facility (SMF), care sunt susținute de Fundația Națională pentru Știință și Infrastructura Națională Coordonată de Nanotehnologie.

####

Pentru mai multe informații, faceți clic pe aici

Contacte:
Jill Wu
Școala de Inginerie a Universității Stanford

Dacă aveți un comentariu, vă rog Contact ne.

Emitenții de comunicate de știri, nu 7th Wave, Inc. sau Nanotechnology Now, sunt singuri responsabili pentru acuratețea conținutului.

Bookmark: