Επιστήμονες στην Κίνα ανέπτυξαν μια νέα μέθοδο που ανιχνεύει αιμορραγία από το έντερο μέσα σε μόλις 20 λεπτά- μια εντυπωσιακή πρόοδος σε σύγκριση με τις καθιερωμένες διαδικασίες που συχνά απαιτούν 10 ώρες ή και περισσότερο. Η ερευνητική ομάδα από το East China University of Science and Technology, τοποθέτησε βακτήρια μέσα σε μικροσκοπικές μαγνητικές κάψουλες γέλης, οι οποίες εκπέμπουν φως όταν ανιχνεύουν αίμα. Το σύστημα που ανέπτυξαν ονομάζεται MagGel-BS και συνδυάζει τρία στοιχεία: ένα περίβλημα γέλης, μαγνητικά σωματίδια που επιτρέπουν την εύκολη συλλογή των καψουλών και γενετικά τροποποιημένα βακτήρια που λειτουργούν ως ανιχνευτές ασθενειών.
Οι τρέχουσες μέθοδοι για τον έλεγχο των βακτηριακών αισθητήρων είναι περίπλοκες και απαιτούν άλεσμα δειγμάτων κοπράνων, φυγοκέντριση, επαναλαμβανόμενα πλυσίματα και φιλτράρισμα μέσα από πολύ λεπτά φίλτρα. Αυτή η διαδικασία διαρκεί συχνά πολλές ώρες. Ωστόσο, η νέα μέθοδος είναι πολύ πιο απλή. Οι ερευνητές αλέθουν το δείγμα, χρησιμοποιούν έναν μαγνήτη για να συλλέξουν τις κάψουλες τις οποίες ξεπλένουν με αλατούχο διάλυμα και στη συνέχεια μετρούν την ένταση του φωτός που εκπέμπουν. Η διαδικασία διαρκεί συνολικά 25 λεπτά, με τα βακτήρια να δίνουν τα πρώτα αποτελέσματα μέσα σε μόλις 20 λεπτά από τη συλλογή του δείγματος.
Βακτήρια που εκπέμπουν φως όταν εντοπίζουν αίμα
Οι βακτηριακοί αισθητήρες είναι τροποποιημένοι κλώνοι του E. coli Nissle 1917, ενός ωφέλιμου βακτηρίου. Οι επιστήμονες τα προγραμμάτισαν ώστε να ανιχνεύουν αίμη, συστατικό του αίματος που εμφανίζεται όταν υπάρχει αιμορραγία από το έντερο. Όταν η αίμη εισέλθει στα βακτήρια, ενεργοποιεί έναν γενετικό διακόπτη που τα κάνει να εκπέμπουν φως. Περισσότερη αίμη σημαίνει πιο έντονη λάμψη- επιτρέποντας στους ερευνητές να εκτιμήσουν τη σοβαρότητα της αιμορραγίας.
Το περίβλημα γέλης δεν συγκρατεί απλώς τα βακτήρια. Η σφουγγοειδής δομή του επιτρέπει τη διέλευση θρεπτικών συστατικών και δεικτών ασθενειών, προστατεύοντας παράλληλα τα βακτήρια από το οξύ του στομάχου και τα πεπτικά ένζυμα. Μετά από 30 λεπτά σε τεχνητό γαστρικό οξύ, το 100% των βακτηρίων μέσα στη γέλη είχε επιβιώσει.
Η γέλη προστατεύει επίσης το ανοσοποιητικό σύστημα, αποτρέποντας φλεγμονές. Όταν οι ερευνητές την ανέμειξαν με ανοσοκύτταρα ποντικών, δεν προκάλεσε αντίδραση. Αντίθετα, τα βακτήρια που δεν προστατεύονταν από τη γέλη προκάλεσαν έντονη ανοσολογική αντίδραση.
Δοκιμές σε ποντίκια με φλεγμονώδη νόσο του εντέρου
Για να δουν αν το σύστημα μπορεί να ανιχνεύσει ασθένειες, οι ερευνητές πραγματοποίησαν πειράματα σε ποντίκια με φλεγμονή και αιμορραγία από το έντερο- μια πάθηση παρόμοια με τη φλεγμονώδη νόσο του εντέρου. Χορήγησαν στα ποντίκια μια χημική ουσία που ονομάζεται DSS, η οποία προκαλεί φλεγμονή και αιμορραγία από το έντερο, όπως ακριβώς και η ανθρώπινη κολίτιδα.
Τα ποντίκια χωρίστηκαν σε τέσσερις ομάδες: υγιή, με ήπια, μέτρια και σοβαρή νόσο- με βάση την απώλεια βάρους, τη σύσταση των κοπράνων και την παρουσία αίματος. Μετά τη χορήγηση των καψουλών, οι ερευνητές συνέλεξαν δείγματα 2–4 ώρες αργότερα. Η ένταση του φωτός από τις ανακτημένες κάψουλες αντιστοιχούσε στη σοβαρότητα της νόσου. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα υγιή ποντίκια παρήγαγαν ασθενή σήματα, ενώ τα άρρωστα, παρήγαγαν την ισχυρότερη λάμψη. Όταν εξέτασαν τον εντερικό ιστό των ποντικών στο μικροσκόπιο, τα επίπεδα λάμψης αντιστοιχούσαν στην πραγματική βλάβη που είχαν διαπιστώσει.
Επιπλέον, τα βακτήρια παρέμειναν μέσα στις κάψουλες. Μετά από 10 ώρες, μόνο το 1% είχε διαφύγει. Οι κάψουλες παρέμειναν σταθερές ακόμη και όταν εκτέθηκαν σε τεχνητό εντερικό υγρό με χολικά άλατα και πεπτικά ένζυμα. Η βακτηριακή διαρροή παρέμεινε κάτω από 0,15% για τέσσερις ώρες.
Τα μαγνητικά σωματίδια επιταχύνουν τον εντοπισμό αίματος
Τα μαγνητικά σωματίδια που βρίσκονται μέσα στις κάψουλες λύνουν ένα μεγάλο πρακτικό πρόβλημα. Χωρίς μαγνήτες, ο διαχωρισμός των βακτηριακών αισθητήρων από τα δείγματα κοπράνων θα ήταν εξαιρετικά δύσκολος. Τα κόπρανα περιέχουν σωματίδια τροφής, κύτταρα του σώματος και δισεκατομμύρια άλλα βακτήρια.
Η διαδικασία ανάκτησης είναι απλή: οι ερευνητές βυθίζουν έναν μαγνήτη με προστατευτικό κάλυμμα στο αλεσμένο δείγμα, συλλέγουν τις κάψουλες γέλης και τις ξεπλένουν με καθαρό αλατούχο διάλυμα. Σε κάθε χρονικό παράθυρο (2–4, 4–6 και 6–8 ώρες μετά τη χορήγηση) κατάφεραν να ανακτήσουν το 20–30% των καψουλών– φτάνοντας συνολικά σε ποσοστό περίπου 75% μέσα σε οκτώ ώρες.
Οι πρώτες κάψουλες που συλλέχθηκαν περιείχαν περίπου το 75% των βακτηρίων. Στις κάψουλες που συλλέχθηκαν αργότερα, τα βακτήρια είχαν αυξηθεί σε πάνω από 85%. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι τα βακτήρια πολλαπλασιάζονται μέσα στη γέλη. Το μέγεθος των καψουλών ήταν 190–250 μικρόμετρα (περίπου διπλάσιο από το πάχος μιας ανθρώπινης τρίχας) και κάθε κάψουλα περιείχε περίπου 2.976 βακτήρια.
Δεν παρατηρήθηκαν άμεσες παρενέργειες στις δοκιμές σε ποντίκια
Η ομάδα προχώρησε σε εκτενείς ελέγχους ασφαλείας. Σε εργαστηριακά πειράματα διαπιστώθηκε ότι οι κάψουλες δεν προκάλεσαν φλεγμονώδη αντίδραση στα ανοσοκύτταρα των ποντικών, σε αντίθεση με τα βακτήρια που δεν ήταν μέσα σε κάψουλες. Σε ζωντανά ποντίκια, η κατάποση των καψουλών δεν οδήγησε σε αλλαγές στους δείκτες φλεγμονής, στα ηπατικά ένζυμα ή στο σωματικό βάρος. Επιπλέον, ο εντερικός ιστός παρέμεινε ανέπαφος και το μικροβίωμα δεν παρουσίασε μεταβολές. Παρατηρήθηκε επίσης, ότι ακόμη και μετά από ξηρή ψύξη και αποθήκευση στους –80°C για έναν μήνα, οι αισθητήρες διατήρησαν πάνω από 80% της λειτουργίας τους.
Το σύστημα μπορεί να εντοπίσει και άλλες ασθένειες
Παρότι η μελέτη επικεντρώθηκε στην αίμη, η πλατφόρμα MagGel-BS μπορεί να προσαρμοστεί και για άλλους βιοδείκτες. Οι επιστήμονες έχουν δημιουργήσει βακτηριακούς αισθητήρες για θειοθειϊκό και τετραθειϊκό (δείκτες φλεγμονής), για καπροτεκτίνη και για συγκεκριμένες αλληλουχίες DNA από κύτταρα καρκίνου του παχέος εντέρου. Το αρθρωτό σύστημα επιτρέπει την ενσωμάτωση διαφορετικών βακτηρίων στην ίδια μαγνητική τεχνολογία, ώστε να εντοπίζονται πολλοί βιοδείκτες με παρόμοιες διαδικασίες.
Ωστόσο, προκλήσεις όπως η αποτροπή διαρροής βακτηρίων, η αποφυγή ψευδών ενεργοποιήσεων από παρόμοια μόρια, η επίδραση του μικροβιώματος και η μαζική παραγωγή με σταθερή ποιότητα και χαμηλό κόστος, παραμένουν.
Τα ευρήματα της μελέτης δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό ACS Sensors.
ΠΗΓΗ: Studyfinds
