211service.com
Snabb TB-detektor
En tredjedel av världens befolkning är infekterad med tuberkulos. Att upptäcka bakterierna är tidskrävande och dyrt, även på sjukhus med sofistikerad labbutrustning. Och i de fattiga länderna där infektionen är vanligast, har människor ofta inte tillgång till den här utrustningen. Forskare vid Massachusetts General Hospital i Boston och Harvard University har nu visat att en handhållen enhet kan användas för att räkna så få som 20 bakterier i ett sputumprov på en halvtimme. De hoppas kunna utveckla testet till en billig produkt som kan användas för TB-testning.
TB-detektor: En handhållen enhet kan räkna så få som 20 bakterier i ett sputumprov. Ett plastkort inuti enheten använder mikrofluidik för att rikta magnetiskt märkta bakterier i ett prov till en av två kammare omgivna av metallspolar. Spolarna används för kärnmagnetisk resonansavbildning av provet.
Bakterieräknaren utvecklas av forskare under ledning av Ralph Weissleder , chef för Center for Systems Biology och Center for Molecular Imaging Research vid Harvard Medical School, och Hakho lee , en instruktör vid Mass General. Tekniken använder magnetiska nanopartikeletiketter och en detektor som fungerar enligt samma principer som magnetisk resonanstomografi. De är fokuserade på tuberkulos, säger Lee, eftersom till och med en bakterie kan orsaka sjukdomen, men vid det här laget finns det inget enkelt sätt att upptäcka bakterierna med hög känslighet.
Det största problemet med befintliga tester är att de är för långsamma, säger Peter Katona , biträdande klinisk professor i infektionssjukdomar vid University of California, Los Angeles. Det mest exakta sättet att identifiera infektionen är att odla ett prov i labbet. Men eftersom tuberkulos växer långsamt kan det ta så lång tid som sex veckor. Dessutom är dyr odlingsutrustning vanligtvis inte tillgänglig i fattiga områden där infektionen är utbredd.
Det billigaste och snabbaste sättet att upptäcka tuberkulos är ett hudtest som screenar för en immunreaktion. Men sådana tester är inte särskilt exakta. Det finns ett antal tillstånd där det inte finns någon immunreaktion även om patienten bär på infektionen, säger Steven Miller , chef för de kliniska laboratorierna vid University of California, San Francisco Medical Center. TB och HIV går ofta hand i hand, men hos HIV-positiva patienter fungerar inte hudtestet. Ett annat vanligt test, att färga ett sputumprov med ett färgämne som är inriktat på tuberkulos och undersöka det under mikroskopet, har också en hög frekvens av falsknegativ. Om det inte finns en mycket hög mängd bakterier kan du inte plocka upp den, säger Miller.
Harvard-detektorn kan hitta mycket små mängder bakterier. Det är en miniatyriserad version av en kärnmagnetisk resonanskamera, en mycket känslig men vanligtvis stor och dyr enhet som används för kliniska och kemiska tillämpningar som hjärnavbildning och bestämning av proteinstrukturer. Storleken och kostnaden för typiska kärnmagnetiska resonansavbildare dikteras av behovet av en stark magnet. Weissleders grupp förenklade instrumentet till en bärbar enhet på ett pund med engångsdelar genom att kompromissa med signalkvaliteten och genom att placera provkammaren precis inuti radiofrekvensspolarna. När du mäter bakterier behöver du inte hög upplösning – du behöver bara ta upp ett mönster, säger Lee.
Som bevis på principen visade Weissleder och Lee att de kunde upptäcka en bakterie som mycket liknar tuberkulos i sputumprover. Först måste det viskösa provet göras flytande. Sedan blandas det med en lösning av kanonkulformade järnnanopartiklar belagda med antikroppar som fastnar på bakterierna. Provet laddas på detektorn, som använder mikrofluidik för att tvinga provet genom en kanal försedd med en skärm som fångar bakterier och tvättar fria nanopartiklar som inte nådde ett mål. Denna kanal är omgiven av en metallspole som pulserar de fångade bakterierna med radiofrekventa vågor under påverkan av en magnet. Detta får järnnanopartiklarna att avge en magnetisk signal, som i sin tur påverkar protonerna i de omgivande vattenmolekylerna. Harvard-enheten tar upp dessa förändringar, vars storlek och varaktighet är direkt proportionella mot antalet märkta bakterier i provet.
Bakteriedetekteringsprocessen tar cirka 30 minuter och är lika känslig som processer som använder kulturprover odlade i labbet. Resultaten beskrivs i tidskriften tillämpad kemi .
Att försöka diagnostisera mycket låga nivåer av bakterier i ett prov samtidigt som man håller hög kvalitet är inte en lätt sak att göra, säger patologen Miller. Harvard-testet är mycket känsligt – det vill säga det kan upptäcka låga nivåer av bakterier – men tills enheten genomgår fler tester är det omöjligt att säga hur specifik den är. Om det visar sig ha höga frekvenser av falska positiva, säger Miller, kommer det inte att vara lönsamt på platser som USA, där tuberkulosfrekvensen är låg. Men, säger Miller, kan det finnas mycket värde för ett billigt och enkelt test som detta i områden med hög tuberkulosprevalens.
Forskarna samarbetar med Harvard School of Public Health för att testa enheten på kliniska prover från patienter som bär tuberkulos.