«Инфекции, связанные с оказанием медицинской помощи, являются серьезной проблемой, от которой страдают более 600 000 пациентов каждый год, более 10 процентов из которых умирают, и сопряжены с расходами на сумму более 100 миллиардов долларов», – говорит Ральф Вайследер, доктор медицинских наук, директор Центр системной биологии MGH, профессор радиологии семьи Тралл Гарвардской медицинской школы (HMS) и соавтор отчета. «Быстрая и эффективная диагностика патогена – важный первый шаг в выборе подходящей схемы приема антибиотиков, и эта система может предоставить эту информацию в кабинете врача менее чем за два часа."
Хотя традиционная диагностика на основе посева считается золотым стандартом диагностики бактериальных инфекций, она может занять несколько дней и требует специального оборудования, обученного лабораторного персонала и процедур, которые варьируются в зависимости от конкретного патогена. Новые генетические подходы, которые идентифицируют виды бактерий по их последовательностям нуклеиновых кислот, являются мощными, но по-прежнему требуют сложного оборудования и рабочих процессов, что ограничивает проведение такого тестирования специализированными больничными лабораториями.
Система, разработанная командой MGH, получившая название PAD для диагностики поляризационной анизотропии, позволяет проводить точное генетическое тестирование в простом устройстве. Бактериальная РНК извлекается из образца в небольшом одноразовом пластиковом картридже.
После амплификации РНК с помощью полимеразной цепной реакции материал загружают в пластиковый куб размером 2 см, содержащий оптические компоненты, которые обнаруживают РНК-мишени на основе ответа на световой сигнал зондов, специфичных для последовательности. Эти оптические кубы помещаются на электронную базовую станцию, которая передает данные на смартфон или компьютер, где результаты могут быть отображены.
В этом экспериментальном исследовании команда использовала прототип системы PAD, содержащий четыре оптических куба, для тестирования клинических образцов от девяти пациентов и сравнения результатов с результатами, полученными с помощью традиционных микробиологических культур. Тестирование на наличие пяти важных видов бактерий – E. coli, Klebsiella, Acinetobacter, Pseudomonas и Staph aureus – и для факторов, указывающих на вирулентность и устойчивость к антибиотикам конкретных штаммов, были получены идентичные результаты с обеими процедурами. Но в то время как PAD дала результаты менее чем за два часа, процесс бактериального культивирования занял от трех до пяти дней.
В настоящее время команда разработала зонды для более чем 35 видов бактерий и факторов вирулентности, а общая стоимость проведения анализа PAD не должна превышать 2 долларов.00.
«Этот прототип все еще нуждается в нескольких улучшениях, включая создание автономной системы, содержащей все функции, дальнейшее сокращение текущего времени анализа до менее одного часа и расширение панели зондов до еще большего числа патогенов и факторов устойчивости», – говорит Хакхо Ли, доктор философии. , Центра системной биологии (CSB) MGH, соавтор отчета и доцент кафедры радиологии HMS. «Но мы видим три немедленных применения системы, которая может обеспечить такие быстрые и точные результаты – быстрая диагностика инфекции пациента, определение наличия устойчивых к антибиотикам бактерий в группе пациентов и обнаружение бактериального загрязнения медицинских устройств или окружающей среды пациента."