Stanford Araştırmacıları Sıvılardaki Bakterileri Tanımlamak İçin Yeni Bir Yol Geliştiriyor: Eski Bir Mürekkep Püskürtmeli Yazıcıdaki Teknolojinin Yenilikçi Bir Uyarlaması ve Yapay Zeka Destekli Görüntüleme, Kanda, Atık Suda Ve Daha Fazlasında Bakterileri Tespit Etmek İçin Daha Hızlı, Daha Ucuz Bir Yol Sağlıyor

Plato tarafından yeniden yayınlandı

İzleyiciler: 0

Ana Sayfa > Basın > Stanford araştırmacıları, sıvılardaki bakterileri tanımlamanın yeni bir yolunu geliştirdi: Eski bir mürekkep püskürtmeli yazıcıdaki teknolojinin yenilikçi bir uyarlaması ve yapay zeka destekli görüntüleme, kandaki, atık sudaki ve daha fazlasındaki bakterileri tespit etmenin daha hızlı ve daha ucuz bir yolunu sağlıyor

Altın kaplı bir slaytta (a) basılı noktaların ayrıntıları; burada tek bir noktanın yakın çekiminde yanlış renklendirme, kırmızıda kırmızı kan çağrılarını ve mavide Staphylococcus epidermidis bakterisini gösterir. Araştırmacılar ayrıca noktaların inkübasyon altında nasıl ilerlediğini göstermek için agar kaplı bir lam (b) üzerine baskı yaptı. KREDİ
Fareeha Safir

Özet:
Bir damla kan, mukus veya atık su üzerine bir lazer tutun ve geri yansıyan ışık, numunedeki bakterileri pozitif olarak tanımlamak için kullanılabilir.

Stanford araştırmacıları, sıvılardaki bakterileri tanımlamanın yeni bir yolunu geliştiriyor: Eski bir mürekkep püskürtmeli yazıcıdaki teknolojinin yenilikçi bir uyarlaması ve yapay zeka destekli görüntüleme, kandaki, atık sudaki ve daha fazlasındaki bakterileri tespit etmenin daha hızlı ve daha ucuz bir yolunu sağlıyor.

Stanford, CA | 3 Mart 2023 tarihinde yayınlandı

Malzeme bilimi ve mühendisliği doçenti Jennifer Dionne, "Yalnızca bakterilerin var olduğunu değil, aynı zamanda numunede özellikle hangi bakterilerin bulunduğunu da öğrenebiliriz - E. coli, Staphylococcus, Streptococcus, Salmonella, şarbon ve daha fazlası," dedi. , Stanford Üniversitesi'ndeki radyolojinin izniyle. "Her mikrobun kendine özgü bir optik parmak izi vardır. Işıkta karalanmış genetik ve proteomik kod gibi.”

Dionne, Nano Letters dergisinde, mikropları test etmek isteyebileceğiniz hemen hemen her sıvıda daha hızlı (neredeyse anında), ucuz ve daha doğru mikrobiyal analizlere yol açabilecek yenilikçi bir yöntemin ayrıntılarını veren yeni bir çalışmanın kıdemli yazarıdır.

Bugün hala kullanımda olan geleneksel kültürleme yöntemlerinin tamamlanması günler değilse bile saatler alabilir. Dionne, bir tüberküloz kültürünün 40 gün sürdüğünü söyledi. Ekip, yeni testin dakikalar içinde yapılabileceğini ve daha iyi ve daha hızlı enfeksiyon teşhisi, daha iyi antibiyotik kullanımı, daha güvenli gıdalar, gelişmiş çevresel izleme ve daha hızlı ilaç geliştirme vaadini içerdiğini söylüyor.

Eski köpekler, yeni numaralar
Çığır açan nokta, bakterilerin bu spektral parmak izlerini göstermesi değil, on yıllardır bilinen bir gerçektir, ancak ekibin her numuneden yansıyan kör edici ışık dizisinin ortasında bu tayfları nasıl ortaya çıkarabildiğidir.

Dionne'nin laboratuvarında doktora öğrencisi olan ilk yazar Fareeha Safir, "Her bir bakteri türü benzersiz ışık modelleri sergilemekle kalmaz, aynı zamanda belirli bir numunedeki hemen hemen her diğer molekül veya hücre de benzersiz ışık desenleri gösterir" dedi. "Örnekteki kırmızı kan hücreleri, beyaz kan hücreleri ve diğer bileşenler kendi sinyallerini geri göndererek mikrobiyal kalıpları diğer hücrelerin gürültüsünden ayırt etmeyi imkansız değilse de zorlaştırıyor."

Bir mililitre kan - yaklaşık bir yağmur damlası büyüklüğünde - milyarlarca hücre içerebilir ve bunlardan sadece birkaçı mikrop olabilir. Ekip, yalnızca bakterilerden yansıyan ışığı ayırmanın ve güçlendirmenin bir yolunu bulmak zorundaydı. Bunu yapmak için, bilgi işlemden ödünç alınan kırk yıllık bir teknoloji olan mürekkep püskürtmeli yazıcıyı ve zamanımızın iki ileri teknolojisini – nanoparçacıklar ve yapay zekayı birleştirerek, birkaç şaşırtıcı bilimsel teğet boyunca ilerlediler.

"Bakteriyel spektrumları diğer sinyallerden ayırmanın anahtarı, hücreleri son derece küçük numunelerde izole etmektir. Orijinal inkjet'in geliştirilmesine yardımcı olan ve Stanford'da emekli elektrik mühendisliği profesörü olan ortak yazar Butrus "Pierre" Khuri-Yakub, "Tek bir büyük numuneyi sorgulamak yerine binlerce küçük kan noktasını yazdırmak için inkjet baskı ilkelerini kullanıyoruz" dedi. 1980'lerde yazıcı.

Safir, "Fakat hazır bir mürekkep püskürtmeli yazıcı alıp kan veya atık su ekleyemezsiniz," diye vurguladı. Biyolojik numunelerin işlenmesindeki zorlukların üstesinden gelmek için araştırmacılar, yazıcıyı akustik darbeler kullanarak numuneleri kağıda dökecek şekilde değiştirdiler. Basılı kanın her bir noktası, bir litrenin yalnızca iki trilyonda biri hacimdedir - bir yağmur damlasından bir milyar kat daha küçüktür. Bu ölçekte, damlacıklar o kadar küçüktür ki sadece birkaç düzine hücreyi tutabilirler.

Buna ek olarak, araştırmacılar numuneleri, eğer varsa kendilerini bakterilere bağlayan ve anten gibi davranan, lazer ışığını bakterilere doğru çeken ve sinyali artırılmamış gücünün yaklaşık 1500 katına yükselten altın nanoçubuklarla aşıladılar. Uygun şekilde izole edilmiş ve çoğaltılmış bakteriyel spektrumlar, bilimsel ağrılı başparmaklar gibi dışarı çıkar.

Bulmacanın son parçası, numunedeki herhangi bir bakterinin belirgin işaretlerini tespit etmek için sıvının her bir basılı noktasından yansıyan çeşitli spektrumları karşılaştırmak için makine öğreniminin kullanılmasıdır.

“Hayat kurtarıcı etki potansiyeline sahip yenilikçi bir çözüm. Dionne'nin laboratuvarında eski bir doktora sonrası araştırmacı ve şimdi Kahire Üniversitesi'nde profesör olan kıdemli ortak yazar Amr Saleh, "Artık bakteriyel algılama ve tek hücre karakterizasyonu standardını yeniden tanımlamaya yardımcı olabilecek ticarileştirme fırsatları için heyecanlıyız" dedi.

İşbirliği için katalizör
Bu tür bir disiplinler arası işbirliği, görünüşte farklı alanlardan uzmanların, uzun süredir devam eden sorunları toplumsal etki ile çözmek için çeşitli uzmanlıklarını ortaya koyduğu Stanford geleneğinin ayırt edici özelliğidir.

Bu özel yaklaşım, kampüsteki bir kafede öğle yemeği sırasında yapılan bir toplantıda ortaya çıktı ve 2017'de Stanford'un İşbirlikçi Çözümler Katalizörü tarafından dağıtılan bir dizi 3 milyon dolarlık hibenin ilk alıcıları arasında yer aldı. Catalyst hibeleri, özellikle sağlık hizmetleri, çevre, özerklik ve güvenlik gibi yüksek ödüllü alanlarda Stanford araştırmacıları arasında disiplinler arası risk alma ve işbirliğine ilham vermeyi hedefliyor.

Bu teknik kan numuneleri kullanılarak oluşturulmuş ve mükemmelleştirilmiş olsa da Dionne, içme suyunun saflık açısından test edilmesi veya belki de virüslerin daha hızlı, daha doğru ve daha düşük düzeyde tespit edilmesi gibi diğer sıvı türlerine ve bakterilerin ötesinde hedef hücrelere uygulanabileceğinden eşit derecede emindir. mevcut yöntemlerden daha maliyetlidir.

Ek Stanford ortak yazarları arasında eski doktora öğrencisi Loza Tadesse; araştırma görevlisi Kamyar Firouzi; Tıp Fakültesi'nde patoloji ve tıp profesörü olan Niaz Banaei; ve Tıp Fakültesi'nden Emerita John ve Marva Warnock Profesörü Stefanie Jeffrey. Pumpkinseed Technologies'den Nhat Vu da ortak yazardır. Banaei, Dionne, Jeffrey ve Khuri-Yakub da Stanford Bio-X'in üyeleridir. Dionne aynı zamanda araştırma platformları/ortak tesislerin kıdemli yardımcı yardımcısı, Kardiyovasküler Enstitüsü ve Wu Tsai Nörobilim Enstitüsü üyesi ve Precourt Enerji Enstitüsü'nün bir üyesidir. Jeffrey ayrıca Stanford Kanser Enstitüsü'nün bir üyesidir. Khuri-Yakub ayrıca Kardiyovasküler Enstitüsü, Stanford Kanser Enstitüsü ve Wu Tsai Nörobilim Enstitüsü'nün bir üyesidir.

Bu araştırma Stanford Catalyst for Collaborative Solutions, Chan Zuckerberg Biohub Investigator Program, NIH-NCATS-CTSA, the Gates Foundation, the National Science Foundation, NIH New Innovator Award tarafından ve Stanford Center'dan tohum fonlarından finanse edildi. Küresel Sağlıkta İnovasyon. Bu çalışmanın bir kısmı, Ulusal Bilim Vakfı ve Ulusal Nanoteknoloji Koordineli Altyapı tarafından desteklenen Stanford Nano Paylaşımlı Tesislerde (SNSF) ve Yumuşak ve Hibrit Malzemeler Tesisinde (SMF) gerçekleştirildi.

####

Daha fazla bilgi için lütfen tıklayın okuyun

İletişim:
Jill Wu
Stanford Üniversitesi Mühendislik Fakültesi

Telif Hakkı © Stanford Üniversitesi Mühendislik Fakültesi

Bir yorumunuz varsa, lütfen İletişim bize.

7th Wave, Inc. veya Nanotechnology Now değil, haber bültenleri yayıncıları yalnızca içeriğin doğruluğundan sorumludur.

Yer imi: