Blog

Feb 13, 2024

Gli ingegneri del MIT utilizzano la luce nelle perle per rilevare rapidamente gli agenti patogeni

Jongwan Lee et al. Iscrivendoti, accetti i nostri Termini di utilizzo e le nostre Politiche. Puoi annullare l'iscrizione in qualsiasi momento. Gli ingegneri del MIT hanno scoperto una nuova firma ottica in una classe di oggetti ampiamente utilizzata

Jongwan Lee et al.

Iscrivendoti, accetti i nostri Termini di utilizzo e le nostre Politiche. Puoi annullare l'iscrizione in qualsiasi momento.

Gli ingegneri del MIT hanno scoperto una nuova firma ottica in una classe di sfere magnetiche ampiamente utilizzata, consentendo il rilevamento rapido di contaminanti in vari test diagnostici.

Ad esempio, il loro studio, accessibile su ArXiv (in attesa di revisione paritaria), ha evidenziato la nuova capacità delle sfere di esporre rapidamente tracce dell’agente patogeno di origine alimentare Salmonella.

Oltre al suo effetto sulla sicurezza alimentare, l’innovazione potrebbe fornire agli esperti medici un metodo per identificare tempestivamente e accuratamente la fonte della malattia in un dato campione.

Nel mondo della diagnostica, attendere i risultati dei test può essere frustrante e richiedere molto tempo. Che si tratti di un esame del sangue, di un'analisi dell'inquinamento dell'acqua o del controllo della contaminazione degli alimenti, i tempi di consegna spesso dipendono da laboriose fasi di elaborazione e analisi dei campioni.

Ora, gli ingegneri del MIT potrebbero presto rivoluzionare questo scenario, offrendo un rilevamento rapido e accurato dei contaminanti.

La chiave del loro progresso risiede in uno strumento di laboratorio commerciale: microscopiche sfere magnetiche conosciute come Dynabeads. Rivestite con anticorpi che si attaccano a specifiche molecole bersaglio, queste perle sono state per anni un punto fermo nelle configurazioni sperimentali.

Tuttavia, i ricercatori sono alle prese con la necessità di ulteriori passaggi per confermare la presenza di molecole attaccate alle perle.

Entra nella potenza dell'ottica, in particolare della spettroscopia Raman, sfruttata per il rilevamento rapido degli agenti patogeni.

Jongwan Lee et al.

Il nuovo studio ha svelato le straordinarie proprietà ottiche dei Dynabeads che possono accelerare il processo di conferma. I ricercatori hanno sfruttato la diffusione unica della luce, o “firma Raman”, esibita da diverse molecole.

Una volta rilevato, fornisce una conferma quasi istantanea, in meno di un secondo, della presenza di un agente patogeno target all'interno di un campione.

L'obiettivo principale del team era individuare il famigerato contaminante alimentare Salmonella. Dimostrando l'applicabilità della loro tecnica, i ricercatori hanno evidenziato il potenziale per identificare rapidamente i batteri patogeni che comportano rischi per la salute.

"Potresti acquistare Dynabeads con anticorpi E.coli e accadrebbe la stessa cosa", ha spiegato in un comunicato stampa il coautore Loza Tadesse del Dipartimento di Ingegneria Meccanica.

"Si legherebbe ai batteri e saremmo in grado di rilevare la firma Dynabead perché il segnale è estremamente forte."

Le implicazioni sono di ampia portata e potrebbero avere un impatto sulla diagnostica medica.

"Questa tecnica sarebbe utile in una situazione in cui un medico sta cercando di restringere la fonte di un'infezione per informare meglio la prescrizione di antibiotici", ha affermato la coautrice dello studio Marissa McDonald, una studentessa laureata del Programma in Salute di Harvard-MIT. Scienze e Tecnologia.

"Inoltre, speriamo che questo approccio porti alla fine a un accesso ampliato alla diagnostica avanzata in ambienti con risorse limitate."

Attualmente è in lavorazione lo sviluppo di un dispositivo portatile in grado di accelerare il processo di rilevamento di una serie di batteri patogeni.

Mentre gli ingegneri del MIT individuano un percorso più rapido per confermare la presenza di agenti patogeni, il panorama della diagnostica è sull’orlo della trasformazione.

Grazie all’uso innovativo della spettroscopia Raman, i tempi di attesa per ottenere risultati critici potrebbero presto diventare un ricordo del passato. Mentre il team continua a perfezionare il proprio approccio, il mondo anticipa un futuro in cui il rilevamento rapido e affidabile sarà la nuova norma.

Lo studio completo, ancora da sottoporre a revisione paritaria, è stato pubblicato su Arxiv e può essere trovato qui.

Estratto dello studio:

Le Dynabeads sono particelle superparamagnetiche utilizzate per la purificazione immunomagnetica di cellule e biomolecole. Dopo la cattura, tuttavia, l'identificazione del target si basa su noiose colture, colorazione con fluorescenza e/o amplificazione del target. La spettroscopia Raman rappresenta un'alternativa di rilevamento rapido, ma le attuali implementazioni prendono di mira le cellule stesse con segnali Raman deboli. Presentiamo Dynabeads rivestiti con anticorpi come forti etichette reporter Raman il cui effetto può essere considerato un parallelo Raman delle sonde immunofluorescenti. I recenti sviluppi nelle tecniche per separare i Dynabead legati al bersaglio dai Dynabead non legati rendono possibile tale implementazione. Utilizziamo Dynabeads anti-Salmonella per legare e identificare la Salmonella enterica, un importante patogeno di origine alimentare. I Dynabeads presentano picchi distintivi a 1000 e 1600 1/cm dallo stiramento CC alifatico e aromatico del polistirene e a 1350 1/cm e 1600 1/cm dai rivestimenti ammidici, alfa-elica e beta dei rivestimenti anticorpali del nucleo Fe2O3, confermati con Imaging a raggi X a dispersione di elettroni (EDX). La loro firma Raman può essere misurata in campioni secchi e liquidi anche con un'area di imaging di circa 30 x 30 micrometri a scatto singolo utilizzando l'acquisizione laser da 0,5 s, 7 mW con sfere singole e raggruppate che forniscono un'intensità Raman 44 e 68 volte maggiore rispetto alla firma dalle cellule. Un contenuto più elevato di polistirene e anticorpi nei cluster produce un'intensità di segnale maggiore e la coniugazione ai batteri rafforza il clustering poiché un batterio può legarsi a più di una sfera, come osservato tramite microscopia elettronica a trasmissione (TEM). I nostri risultati fanno luce sulla natura intrinseca del reporter Raman dei Dynabeads, dimostrando la loro duplice funzione di isolamento e rilevamento del target senza ulteriore preparazione del campione, colorazione o ingegneria unica del substrato plasmonico, facendo avanzare le loro applicazioni in campioni eterogenei come cibo, acqua e sangue.