Тестирование на чувствительность к антибиотикам с помощью простого микроскопа и смартфона

Метод позволяет получить антибиотикограмму в течение 2-4 часов, используя микроскоп и камеру телефона.

Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) в Швейцарии разработали простой и быстрый метод оценки чувствительности бактерий к антибиотикам. В настоящее время это занимает много времени и неэффективно, что часто приводит к прогрессированию заболевания, пока пациенты ожидают результатов анализов. Новый подход предполагает использование простого оптического микроскопа и видеокамеры, подобной тем, которые обычно используются в смартфонах. Бактерии загружаются в простое микрофлюидное устройство, а затем подвергаются воздействию определенного антибиотика. Затем за бактериальными клетками наблюдают через микроскоп и получают видеозапись наноразмерных колебаний, которые являются отличительной чертой живых бактерий. Как только бактерии перестают вибрировать, можно считать, что они мертвы, выявляя их восприимчивость к антибиотику.

Устойчивость к антибиотикам становится все более серьезной проблемой, борьба и лечение которой обходится медицинским учреждениям в значительные средства. Она также является причиной смерти многих пациентов во всем мире каждый год, и эта тенденция будет расти, поскольку бактерии продолжают развивать устойчивость. Определение того, устойчивы ли бактерии, вызывающие инфекцию у пациента, к определенным антибиотикам, очень важно. Назначение неправильного антибиотика приведет к потере драгоценного времени, необходимого для того, чтобы взять инфекцию под контроль, поэтому поиск наилучшего препарата для использования как можно быстрее является ключевым моментом.

Однако современные лабораторные методы, как правило, не очень быстрые, и часто требуют культивирования бактерий, пока их не станет достаточно для проведения тестов на восприимчивость, которые включают воздействие на образцы бактерий набором препаратов, а затем наблюдение за тем, погибают бактериальные клетки или нет. Существуют также методы, включающие генетическое тестирование, чтобы определить, есть ли у бактерий гены, обеспечивающие устойчивость к определенным препаратам. Эти методы часто занимают более 24 часов, что может определить, спрогрессирует инфекция или нет, а также могут потребовать дорогостоящего и громоздкого лабораторного оборудования и высококвалифицированных специалистов, чтобы все сделать правильно.

Для решения этой проблемы исследователи разработали относительно простую методику, не требующую специализированного оборудования. Самое главное — она очень быстрая и занимает всего несколько часов. «Мы разработали в наших лабораториях методику, которая позволяет получить антибиограмму в течение 2-4 часов — вместо нынешних 24 часов для наиболее распространенных микробов и одного месяца для туберкулеза», — сказал Шандор Касас, участвовавший в исследовании. «Наша методика не только быстрее, но проще и намного дешевле всех существующих сейчас», — добавил Ронни Виллерт, участвовавший в проекте.

Метод включает в себя добавление образца бактерий в простое микрофлюидное устройство, а затем введение образца антибиотика для тестирования. После короткой инкубации, бактерии можно наблюдать и снимать на видео с помощью простого оптического микроскопа и камеры смартфона. Живые бактерии демонстрируют наноразмерные вибрации, которые можно наблюдать через микроскоп. Если бактерии мертвы, то они перестают вибрировать, что также можно наблюдать через микроскоп. Эти движения клеток отслеживаются системой, что позволяет определить чувствительность бактерий к антибиотикам за очень короткое время.

A. Установка для проведения теста на чувствительность к антибиотикам на основе оптического обнаружения нанодвижений: достаточно недорогого оптического микроскопа и мобильного телефона.
B. Оптическое изображение бактерии E. coli.
C. То же поле зрения, что и B, в ложных цветах, которые подчеркивают смещения бактерий; красный: высокоамплитудное движение; синий: отсутствие смещения.
Credit: Ines Villalba (EPFL)