Vedci používajú meteorologickú radarovú technológiu na sledovanie búrky mikróbov, ktoré sa varia vo vnútri buniek

Živé imortalizované bunky vo viacjamkových platniach. (Rebecca McElhoe/Purdue University)

Vedci používajú meteorologický systém podobný radaru, aby sledovali búrku patogénov v živom tkanive.

Stratégia je podľa autorov úplne nová a spolieha sa na techniku ​​veľmi podobnú Dopplerovým radarom, ktoré dokážu detekovať pohyb zrážok a predpovedať nadchádzajúce počasie.

Dopplerovské ultrazvuky , ktoré využívajú zvukové vlny na vytváranie obrazov prietoku krvi, sa už používajú v lekárskej sfére, ale táto nová technika môže umožniť vedcom nahliadnuť do jednotlivých buniek, aby videli, ako reagujú na patogény, ako je salmonela a E. coli .



Takéto znalosti by nám jedného dňa mohli umožniť rýchlo zistiť, či živé tkanivo obsahuje mikróby alebo nie, a úspešne liečiť túto infekciu.

V roku 2020 tím využil podobné biodynamické zobrazovanie identifikovať rakovinové bunky a otestovať, aká účinná je chemoterapia skutočne pri ich potlačovaní.

„Najskôr sme použili biodynamické zobrazovanie rakovina a teraz to aplikujeme na iné druhy buniek,“ hovorí David Nolte, ktorý sa špecializuje na biomedicínske zobrazovanie na Purdue University.

„Tento výskum je jedinečný. Nikto iný nič podobné nerobí. Preto je to také zaujímavé.“

Rozptyl svetla cez živé tkanivá má za následok rad Dopplerových frekvenčných posunov, ktoré môžu vedcom povedať niečo o tom, čo sa deje vo vnútri buniek živého tkaniva.

Tento Dopplerovský „odtlačok prsta“, ako je známy, je mimoriadne citlivý aj na jemné zmeny vo vnútrobunkových procesoch, vrátane bakteriálnej invázie.

Keď baktérie infikujú živého hostiteľa, môžu zmeniť dynamiku buniek tkaniva, čo niektorým umožňuje pôsobiť ako „sentinely“ a podávať správy o účinkoch patogénu a jeho reakciách na liečbu antibiotikami.

Tieto rôzne frekvenčné rozsahy potom môžu vedci interpretovať, aby lepšie pochopili skutočný charakter infekcie a ako s ňou najlepšie bojovať.

Aby vedci ukázali, ako táto technika funguje, použili štandardné hrubé črevo rakovinová bunková línia a predstavil ju niekoľkým potravinovým patogénom, aby zistil, ako jej prvá línia buniek – „sentinely“ – reagovala na rôzne infekcie.

Dopplerov stroj slúžil na nahliadnutie do buniek. (Rebecca McElhoe/Purdue University)

Zistilo sa, že invazívna Salmonella preniká cez rakovinové nádory, zatiaľ čo neinvazívne kmene E. coli zostali izolované mimo buniek. Oba scenáre nakoniec generovali rôzne Dopplerovské podpisy.

'To priamo meria, či je bunka patogénna,' hovorí biologický inžinier Michael Ladisch.

„Ak bunky nie sú patogénne, dopplerovský signál sa nemení. Ak sú, Dopplerov signál sa dosť výrazne zmení.“

Pomocou ďalších metód môžu výskumníci zistiť, aký patogén je skutočne prítomný v živom tkanive. Ako Ladisch vysvetľuje , je to 'rýchly spôsob, ako rozoznať priateľa od nepriateľa.'

Akonáhle je táto práca vykonaná, antibiotiká môžu byť aplikované na bunkovú líniu a reakcie môžu byť sledované pomocou fluorescenčného farbiva. Dopplerovské posuny potom môžu odhaliť, ktoré infekcie sú voči liekom odolné a ktoré na ne dobre reagujú.

Pri použití súčasných techník, kde sa tkanivá pacienta kultivujú v laboratóriu, trvá 8 až 10 hodín, kým sa zistí, či antibiotikum bude fungovať alebo nie.

Približne za polovicu tohto času dokáže tento nový „biodynamický proces“ otestovať viacero rôznych liekov v malých Petriho miskách, aby sa zistilo, či nedošlo k nejakým metabolickým zmenám.

Tie vzorky, ktoré vykazujú zmeny, sú tie, ktoré dobre reagovali na antibiotikum, uvádzajú autori povedať , čo znamená 'baktérie umierajú, sú porazené a porazené antibiotikami.'

'Keď liečime antibiotikami, baktérie sa nemusia veľmi množiť, kým začnú ovplyvňovať tkanivové sentinely,' vysvetľuje Nolte.

'Stále je príliš málo baktérií na to, aby sme ich mohli vidieť alebo priamo merať, ale začínajú ovplyvňovať správanie tkanív, čo môžeme zistiť pomocou Dopplera.'

Autori dúfajú, že ich nová technika umožní lekárom predpisovať personalizované antibiotiká namiesto širokospektrálnych, ktoré môžu nechať niektoré baktérie nažive, spôsobiť rezistenciu na antibiotiká a sťažiť boj s infekciou v budúcnosti.

Experimenty boli vykonané mimo normálneho biologického kontextu na umelo pestovanom tkanive, a pretože zariadenie je citlivé na vibrácie a pohyb, nie je jasné, či sa táto technika prejaví aj u žijúcich a dýchajúcich pacientov.

Autori však dúfajú, že dokážu nájsť spôsob, ako čeliť citlivosti svojho zariadenia, čo umožní skenovanie infikovaného tkaniva na vonkajšej strane tela pacienta a možno dokonca jedného dňa aj vo vnútri.

Štúdia bola publikovaná v r Komunikačná biológia .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.