Una nuova tecnologia rileva la resistenza agli antibiotici in pochi minuti
I ricercatori del Fraunhofer sviluppano una diagnostica innovativa per rilevare la resistenza agli antibiotici nelle infezioni batteriche
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Il rapido aumento dei batteri resistenti agli antibiotici è una delle sfide più pressanti per la salute globale. Un nuovo progetto di ricerca transatlantico del Fraunhofer mira a contrastare queste minacce con un approccio diagnostico innovativo: un sistema di test rapido microfluidico che utilizza nanotubi di carbonio (SWCNT) renderà visibile la resistenza batterica in pochi minuti, molto più velocemente dei metodi convenzionali.
Con il nuovo metodo per il test rapido di sensibilità agli antibiotici (AST), è possibile determinare l'effetto di un antibiotico in pochi minuti. Invece di attendere dalle 8 alle 18 ore per la crescita batterica, come avveniva in precedenza, è ora possibile osservare in tempo reale se i batteri muoiono rapidamente sotto l'influenza degli antibiotici e dello stress da flusso, un chiaro segno di efficacia.
© Fraunhofer USA CMI
L'uso diffuso e indiscriminato degli antibiotici ha portato alla rapida diffusione della resistenza microbica agli antibiotici. I germi resistenti agli antibiotici causano ogni anno circa 700.000 morti nel mondo. In molti di questi casi, i pazienti sono stati trattati con antibiotici inefficaci perché la resistenza degli agenti patogeni è stata scoperta troppo tardi.
Un progetto di ricerca transatlantico del Fraunhofer sta ora adottando un nuovo approccio per sviluppare una piattaforma diagnostica in grado di rilevare rapidamente e facilmente se un paziente è infettato da batteri resistenti. Il progetto è guidato dal Fraunhofer USA Center for Manufacturing Innovation (CMI) con sede a Boston. Insieme all'Istituto Fraunhofer per i Circuiti e i Sistemi Microelettronici IMS (Duisburg) e all'Istituto Fraunhofer per l'Interfaccia e la Bioingegneria IGB (Stoccarda), nei prossimi 18 mesi verrà sviluppata una nuova piattaforma per il test fenotipico rapido di resistenza agli antibiotici (AST).
Uno strumento AST in grado di tenere il passo con la velocità delle infezioni
"La microbiologia clinica ha urgentemente bisogno di strumenti AST flessibili e veloci, in grado di tenere il passo con la velocità delle infezioni", spiega Jan Stegemann, responsabile del progetto presso il Fraunhofer IMS. "Il nostro obiettivo è quello di sviluppare una piattaforma funzionale in grado di rilevare i cambiamenti metabolici come risposta allo stress cellulare a un antibiotico ben prima che il patogeno muoia, supportando così decisioni terapeutiche precoci e basate sull'evidenza".
Attualmente, molti sistemi disponibili in commercio si basano sulla crescita delle cellule in piastre di microtitolazione e richiedono dalle otto alle 16 ore per produrre risultati. La nuova piattaforma µFLOWDx dovrebbe fornire risultati utilizzabili in pochi minuti, rivoluzionando potenzialmente la ricerca, la pratica clinica e la farmaceutica.
Il team interdisciplinare del progetto mira a raggiungere questo obiettivo con una soluzione innovativa. Per consentire un rilevamento rapido, i batteri provenienti dal paziente devono prima essere legati alla cellula di misurazione. A tal fine, il sistema microfluidico della piattaforma diagnostica è dotato di superfici speciali che presentano un'elevata adesione agli agenti patogeni. Il sistema contiene anche sensori ottici altamente sensibili basati su nanotubi di carbonio fluorescenti. Se le molecole che indicano lo stress cellulare, come l'ATP o le specie reattive dell'ossigeno (H₂O₂), vengono rilasciate in risposta a un antibiotico, i sensori cambiano la loro fluorescenza. Ciò consente di studiare la resistenza microbica in tempo reale inondando i batteri del paziente aderenti con i tipici antibiotici: se il patogeno è resistente all'antibiotico testato, il segnale di fluorescenza del sensore non cambia.
Un team di progetto interdisciplinare
I partner del progetto contribuiscono con le loro diverse aree di competenza al raggiungimento dell'obiettivo desiderato: per ottenere un'elevata adesione batterica alla superficie della microfluidica, il Fraunhofer IGB sta sviluppando adeguate modifiche della superficie. Per il rilevamento delle molecole di "stress" cellulare, Fraunhofer IMS contribuisce con la sua esperienza nello sviluppo di biosensori ottici sensibili basati su nanotubi di carbonio. Entrambi i componenti saranno integrati nella piattaforma microfluidica dal Fraunhofer USA CMI.
Il progetto mira a produrre un prototipo funzionale che possa essere convalidato in condizioni pratiche. È prevista anche la commercializzazione come strumento diagnostico. Le prime analisi di mercato mostrano un alto livello di interesse: Il segmento della microbiologia clinica è in crescita ed è dominato da aziende leader a livello internazionale, ma non esistono soluzioni che offrano velocità e sensibilità comparabili.
Il progetto è finanziato nell'ambito del programma interno PACT del Fraunhofer (numero di sovvenzione 40-11763) per rafforzare la ricerca transatlantica. Il progetto durerà dal 1° luglio 2025 al 31 dicembre 2026. Oltre agli sviluppi tecnologici auspicati, sono in programma anche pubblicazioni congiunte, partecipazioni a fiere e richieste di finanziamenti internazionali.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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