Rivelatori risonanti per ridurre lo spreco di antimicrobici
Il progetto NOMBIS, finanziato dall’UE, ha sviluppato risonatori a disco nano-optomeccanici (vedere foto per disco con un batterio) per un’identificazione precoce dei patogeni che causano infezioni. Questi dispositivi possono essere configurati in modo da misurare e identificare, con estrema sensibilità, per un’ampia varietà di applicazioni di rilevamento chimico o biomolecolare.
Pesare DNA e RNA: un futuro confronto all’americana per i microbi
«Abbiamo applicato dei risonatori a disco nano-optomeccanici al biorilevamento, ottenendo un rilevamento delle biomolecole ultra-sensibile e ultra-veloce con risoluzione della massa su scala dello zeptogrammo in un ambiente fluido», spiega il dott. Eduardo Gil-Santos, coordinatore del progetto. Uno zeptogrammo è una massa incredibilmente piccola, di fatto un triliardesimo di grammo. I ricercatori di NOMBIS hanno sviluppato batterie di centinaia di dispositivi microdrum per chip. Questi sono in grado di pesare filamenti di DNA complementari a quelli immobilizzati sulla superficie del microdrum. Si possono quindi identificare molti patogeni differenti in un campione di sangue, in aggiunta alle resistenze agli antibiotici, che sono evidenziate da mutazioni. Una sfida enorme è stato il rilevamento di batteri mettendo nel mirino il gene 16S RNA ribosomiale. Esso può essere usato per l’identificazione dal momento che differenti batteri possiedono numeri variabili di copie di questo gene. «I risonatori a disco nano-optomeccanici sono dei dispositivi eccellenti per rilevare batteri singoli, intatti e vivi», spiega il dott. Gil-Santos. Essi non solo quantificano la massa, ma sono anche in grado di rilevare le risonanze meccaniche intrinseche dei batteri, che potrebbero fornire un segnale unico per la loro identificazione. Sono stati presi di mira in particolare i batteri responsabili della sepsi, dal momento che un ritardo nel trattamento può portare alla setticemia e all’insufficienza degli organi. «Abbiamo testato i nostri dispositivi con due patogeni comuni: Staphylococcus epidermidis ed Escherichia coli», sottolinea il dott. Dr Gil-Santos. Questi batteri fanno parte della normale flora umana e normalmente non sono patogeni, ma lo potrebbero diventare in pazienti immunocompromessi.
Problemi incontrati a livelli disub-zeptogrammo
Una condizione essenziale per il rilevamento è che il sensore e la modalità dell’analita abbiano delle frequenze di risonanza vicine. «Di conseguenza, abbiamo dovuto fabbricare molti risonatori a disco e cambiare le loro dimensioni per giungere alle frequenze corrette. Queste sono state poi abbinate a quelle nell’analita», spiega il dott. Gil-Santos. Le verifiche nei dispositivi devono essere efficienti. Per garantire questo, il team ha sviluppato un sistema di deposizione del patogeno, che permette loro di collocare singoli analiti nei sensori con precisione su scala micrometrica. Sulla strada verso la commercializzazione L’affermazione della spettroscopia meccanica quale tecnologia di riferimento nel campo della biomedicina richiede il rilevamento non solo di singoli stati, ma dell’intero spettro meccanico degli analiti, idealmente in condizioni fisiologiche. Proseguendo nella spiegazione di ciò che risulta necessario per questa tecnologia all’avanguardia, egli approfondisce: «Finora il progresso ha dimostrato che i sensori meccanici possono rilevare singoli stati meccanici degli analiti nell’aria, un risultato che non era mai stato raggiunto prima, e nemmeno mai proposto». Il team ha fatto domanda per uno Starting Grant del Consiglio europeo della ricerca per lavorare ulteriormente sulla spettroscopia meccanica. Il progetto ha generato un brevetto internazionale. «Adesso sto cercando aziende interessate a sfruttare commercialmente questa idea. Tuttavia, il concetto è del tutto nuovo e richiederà quindi ulteriori passi in avanti per affermarsi completamente», evidenzia il dott. Gil-Santos. In sostanza, la spettroscopia consentirà il rilevamento dei patogeni e anche il monitoraggio in tempo reale delle loro proprietà meccaniche e morfologiche con straordinaria precisione. Oltre a salvare delle vite con l’applicazione tempestiva dei farmaci attualmente disponibili, la tecnica promuoverà lo sviluppo di nuovi farmaci.
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