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新的基于传感器的测试可能会导致快速廉价的抗生素敏感性测试

导读 2021年8 月 10 日——科学家们开发了一种新方法来监测细菌对抗生素的反应,可以实现个性化的抗生素治疗。该测试使用传感器来减少时间和

2021年8 月 10 日——科学家们开发了一种新方法来监测细菌对抗生素的反应,可以实现个性化的抗生素治疗。该测试使用传感器来减少时间和成本,同时增加患者样本抗生素敏感性测试的便携性。该研究的结果最近发表在《科学报告》上。

由于抗菌素耐药性的增加,临床环境中需要更快、更高通量的抗生素药敏试验 (AST)。当前的方法面临一些挑战,包括昂贵、耗时和劳动密集型。此外,这些方法容易交叉污染,而且做法通常不标准化。

“许多类型的细菌不断进化以对抗生素产生抗药性。这对全球医院来说是一个紧迫的问题,而传感器和诊断技术的适应速度却很慢,”Okanagan Microelectronics 助理教授 Mohammad Zarifi 博士说。不列颠哥伦比亚大学奥肯那根分校的千兆赫兹应用实验室 (OMEGA) 在一份声明中表示。

微波谐振器与微流控芯片相结合,可以模拟稀释测试,并且以前在监测中表现出很高的灵敏度。使用微波传感技术评估 AST 的前提是检测抗生素-细菌相互作用过程中释放的带电副产物浓度的变化,抗生素通过靶向蛋白质合成、DNA 和 RNA 复制以及其他代谢活动来破坏微生物的生长。在细菌生长期间,细菌消耗营养并合成蛋白质和带电副产物。

据该研究的作者称,排出的副产品会导致生长介质中的电导率发生变化,这反映在微带谐振器传感器的谐振幅度变化中。这可以通过测量电导率和介电常数(存储电能的能力)的变化来间接监测代谢活动,随着时间的推移产生独特的共振曲线。

为了证明微波感测为AST的有用性,从UBC的研究人员开发AST的一个简化模型大肠杆菌(大肠杆菌使用微波裂环谐振器在不存在或各种抗生素浓度的存在下)。该团队将磁盘扩散测试与微波谐振器相结合,创建了一个快速、非接触、无创的传感和监测系统。

首先,研究人员目视观察大肠杆菌对各种浓度的红霉素(一种抗生素)的生长情况。低浓度的红霉素(0 至 7.5 微克)不会抑制微生物生长,因为没有可见的生长抑制区域。然而,30 到 45 微克的抗生素在某些区域部分抑制了细菌的生长。这证实了大肠杆菌对本研究中使用的红霉素敏感。

接下来,该团队使用微波传感器检测在固体琼脂培养基上生长的大肠杆菌对红霉素的抗生素敏感性。随着红霉素浓度的增加,细菌生长减少,这反映在共振幅度的变化率上,并随着时间的推移用显微图像捕获。共振幅度没有变化表明完全抑制了细菌生长,如红霉素水平较高时所见。

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