Laut dem Forschungsteam kommt diese Innovation zu einem kritischen Zeitpunkt, angesichts der Dringlichkeit der Krise im Zusammenhang mit antimikrobiellen Resistenzen, die auf die zunehmende Fähigkeit von Bakterien zurückzuführen ist, Antibiotika zu widerstehen.
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"Wir verlieren den Wettlauf gegen antimikrobielle Resistenzen", sagt Sara Mahshid, außerordentliche Professorin in der Abteilung für Bioingenieurwesen und Hauptautorin des in Nature Nanotechnology veröffentlichten Artikels. "Dieses Problem tötet jedes Jahr mehr als eine Million Menschen – mehr als HIV/AIDS oder Malaria – und die späte Behandlung wird oft dafür verantwortlich gemacht. Schnelltests sind kein Luxus: Sie sind das fehlende Bindeglied zwischen Diagnose und Überleben."
Das richtige Antibiotikum von Anfang an Die von dem Team entwickelte Lösung, genannt QolorPhAST, ist ein kompaktes, automatisiertes System mit Nanosensoren, die ihre Farbe sehr schnell ändern, wenn lebende Bakterien metabolisiert werden. Inspiriert von in der Natur vorkommenden Nanoarchitekturen haben Mahsa Jalali und Tamer AbdElFatah, damals Doktoranden im Mahshid-Labor, diese Technologie durch die Kombination von Nanomaterialtechnik, Mikrofluidik, Optischer Physik und maschinellem Lernen entwickelt.
Durch die Kombination des schnellen Farbwechsels mit einer auf maschinellem Lernen basierenden Bildanalyse kann QolorPhAST sowohl die Identität der Bakterien als auch ihre Empfindlichkeit gegenüber Antibiotika bestimmen – ohne auf nächtliche Kulturen zurückgreifen zu müssen. In einer verblindeten klinischen Studie mit 54 Urinproben zeigte das System im Vergleich zu Referenzmethoden eine hohe Genauigkeit und lieferte Ergebnisse in einem Bruchteil der üblichen Zeit.
Das Gerät ist kostengünstig, tragbar und einfach zu bedienen. Es wurde für den großflächigen Einsatz konzipiert und könnte insbesondere zur Steuerung der Behandlung sexuell übertragbarer Infektionen und Harnwegsinfekte eingesetzt werden. Das Team hofft nun, sein Produkt kommerzialisieren zu können.
Das QolorPhAST-System wurde im Labor von Professorin Sara Mahshid in Zusammenarbeit mit Dr. Cédric Yansuni und Dr. Dao Nguyen vom Forschungsinstitut des McGill University Health Centre entwickelt.
Die Studie Der Artikel "Ultra-rapid nanoplasmonic colorimetry in microfluidics for antimicrobial susceptibility testing directly from specimens" von Mahsa Jalali, Tamer AbdElFatah, Carolina del Real Mata, Imman Hosseini, Sripadh Guptha Yedire, Geoffrey McKay, Rachel Corsini, Roozbeh Siavash Moakhar, Cedric Yansouni, Dao Nguyen und Sara Mahshid wurde in Nature Nanotechnology veröffentlicht.