Одним из ключевых шагов в предотвращении бактериальной резистентности (AMR) является тестирование чувствительности микробов к определенным антибиотикам перед их назначением пациенту, что повышает вероятность эффективного лечения.
Существующие методы оценки AMR невероятно медленны, их время выполнения составляет подчас более 20 часов. Это подчеркивает необходимость создания быстрого метода, позволяющего оценить чувствительность к антимикробным препаратам без потери точности.
Именно эту задачу поставил Йе Ай из Сингапурского университета технологии и дизайна. В работе под названием "Быстрое и точное тестирование чувствительности к противомикробным препаратам с помощью микрофлюидной платформы на основе электрического импеданса без меток", опубликованной в журнале Small, Ай и его коллеги успешно разработали микрофлюидную платформу на основе электрического импеданса, которая обеспечивает быструю и точную оценку AMR в течение часа.
В настоящее время золотым стандартом оценки AMR является методы микроразведений и диско-диффузионный. Однако эти методы, основанные на культивировании, в значительной степени зависят от ручного труда и субъективного визуального измерения роста бактерий, что требует не менее 18-24 часов инкубации. "В результате это часто приводит к тому, что антибиотики назначаются ориентировочно, без четких данных об их эффективности in vitro, что может привести к длительному или чрезмерному применению антибиотиков широкого спектра действия", - отметил Ай.
Для решения этой проблемы исследовательская группа разработала новую микрофлюидную платформу на основе электрического импеданса, которая позволяет проводить экспресс-тестирование на чувствительность к антимикробным препаратам (AST). Она работает путем измерения проницаемости бактериальной мембраны после воздействия антибиотика. "Поскольку изменение проницаемости мембраны чувствительных бактерий может быть обнаружено с помощью импедансного метода AST уже через 30 минут после воздействия антибиотиков, в нашем подходе нет необходимости в длительном культивировании бактерий", - пояснил Ай.
Использование микрофлюидной платформы позволяет сократить время получения результатов примерно на 20 часов по сравнению с культуральными методами. Кроме того, платформа позволяет полностью автоматизировать работу с бактериальными суспензиями, что уменьшает количество человеческих ошибок и повышает надежность результатов AST.
Для проверки точности платформы исследовательская группа провела сравнительный анализ с культуральными методами. "Это очень важный шаг для того, чтобы убедить клинические лаборатории и медицинские учреждения интегрировать и протестировать наши инновационные решения в области AST в существующий диагностический процесс", - сказал Ай.
Сначала специалисты определили минимальную ингибирующую концентрацию (МИК) для трех различных штаммов E. coli (Eco1, Eco2 и Eco3) при различных концентрациях антибиотика ципрофлоксацина. Микрофлюидная платформа показала следующие значения МИК: Eco1 <0,0625 мг/л, Eco2 = 0,25 мг/л и Eco3 >4 мг/л. Согласно рекомендациям CLSI бактерии с МИК менее 0,25 мг/л являются чувствительным, а с МИК более 1 мг/л - резистентными, результаты показали, что штаммы Eco1 и Eco2 чувствительны к ципрофлоксацину, а штамм Eco3 - резистентен. Эти данные полностью совпали с результатами, полученными методом микроразведений в бульоне.
Затем исследователи оценили значения брейкпойнтов для различных антибиотиков. Брейкпойнты указывают на эффективность препарата в отношении потенциальных патогенов, фармакокинетику и фармакодинамику препарата, а также режимы дозирования препарата для использования в клинике. В данном случае группа исследователей протестировала микрофлюидную платформу, чтобы проверить, может ли она быстро измерять значения брейкпойнтов ципрофлоксацина и классифицировать патогенные штаммы как чувствительные или резистентные. И снова платформа смогла точно дифференцировать штаммы, а ее результаты полностью совпали с результатами диффузионного теста.
Наконец, команда проверила, можно ли использовать платформу в более широком контексте. Штаммы Eco1, Eco2 и Eco3 обрабатывались различными антибиотиками, чтобы проверить, может ли платформа успешно дифференцировать чувствительные и устойчивые штаммы в зависимости от антибиотика. Для проверки параллельно использовался диско-диффузионный метод. Результаты еще раз показали, что микрофлюидная технология позволяет правильно определить, какие штаммы чувствительны к тем или иным антибиотикам.
Во всех тестах микрофлюидная платформа на основе электрического импеданса дала 100% совпадение по сравнению со стандартными методами оценки AMR, что делает ее весьма перспективным инструментом оценки AST. Возможности этой технологии огромны. Быстрый и точный способ проверки того, будет ли определенный антибиотик работать против конкретного микроорганизма, значительно снижает угрозу AMR.
В надежде воплотить эту технологию в реальный продукт Ай активно ищет средства для коммерциализации, чтобы вывести эту технологию на широкий рынок, а также сотрудничает с Changi General Hospital в Сингапуре для дальнейшего развития технологии с целью ее использования в реальных клинических условиях.
