Piccole sfere magnetiche producono un segnale ottico

I risultati indicano un modo più rapido per rilevare i batteri nel cibo, nell’acqua e nei campioni clinici

Istituto di Tecnologia del Massachussetts

immagine: Dynabeads, che sono sfere superparamagnetiche rivestite con anticorpi, sono servite da potente reporter Raman per la cattura e il rilevamento simultanei di batteri patogeni come la Salmonella. Questa immagine mostra le Dynabeads (sfere grigie) che interagiscono con il batterio Salmonella (in verde). L'inserto mostra gli anticorpi a forma di Y che rivestono i Dynabeads.vedere di più

Credito: Immagine gentilmente concessa da Loza Tadesse, Marissa McDonald, et. al.

Ottenere i risultati di un esame del sangue può richiedere da un giorno a una settimana, a seconda dell'obiettivo dell'esame. Lo stesso vale per i test sull’inquinamento dell’acqua e sulla contaminazione degli alimenti. E nella maggior parte dei casi, il tempo di attesa ha a che fare con fasi dispendiose in termini di tempo nell'elaborazione e nell'analisi dei campioni.

Ora, gli ingegneri del MIT hanno identificato una nuova firma ottica in una classe ampiamente utilizzata di sfere magnetiche, che potrebbe essere utilizzata per rilevare rapidamente i contaminanti in una varietà di test diagnostici. Ad esempio, il team ha dimostrato che la firma potrebbe essere utilizzata per rilevare segni del contaminante alimentare Salmonella.

Le cosiddette Dynabeads sono microscopiche perle magnetiche che possono essere rivestite con anticorpi che si legano a molecole bersaglio, come un agente patogeno specifico. I Dynabeads vengono generalmente utilizzati negli esperimenti in cui vengono mescolati in soluzioni per catturare molecole di interesse. Ma da lì, gli scienziati devono compiere ulteriori passi, che richiedono molto tempo, per confermare che le molecole sono effettivamente presenti e legate alle sfere.

Il team del MIT ha trovato un modo più rapido per confermare la presenza di agenti patogeni legati a Dynabead, utilizzando l’ottica, in particolare la spettroscopia Raman. Questa tecnica ottica identifica molecole specifiche in base alla loro “firma Raman”, ovvero al modo unico in cui una molecola disperde la luce.

I ricercatori hanno scoperto che i Dynabeads hanno una firma Raman insolitamente forte che può essere facilmente rilevata, proprio come un tag fluorescente. Questa firma, hanno scoperto, può fungere da “reporter”. Se rilevato, il segnale può servire come conferma rapida, entro meno di un’ora, che un agente patogeno target è effettivamente presente in un dato campione. Il team sta attualmente lavorando per sviluppare un dispositivo portatile per rilevare rapidamente una serie di agenti patogeni batterici e ha riportato oggi i risultati in un numero speciale del Journal of Raman Spectroscopy.

"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, nonché per il rilevamento di agenti patogeni noti nel cibo e nell'acqua", afferma il coautore dello studio. Marissa McDonald, una studentessa laureata del programma Harvard-MIT in Scienze e tecnologie sanitarie. “Inoltre, speriamo che questo approccio porti alla fine a un accesso più ampio alla diagnostica avanzata in ambienti con risorse limitate”.

I coautori dello studio al MIT includono Jongwan Lee, associato post-dottorato; Visiting Scholar Nikiwe Mhlanga; Il ricercatore Jeon Woong Kang; Il professor Tata Rohit Karnik, che è anche direttore associato dell'Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab; e il professore assistente Loza Tadesse del Dipartimento di Ingegneria Meccanica.

Olio e acqua

Cercare cellule malate e agenti patogeni nei campioni di liquidi è un esercizio di pazienza.

"È una specie di problema come un ago nel pagliaio", afferma Tadesse.

I numeri presenti sono così piccoli che devono essere coltivati ​​in ambienti controllati fino a raggiungere un numero sufficiente e le loro colture colorate, quindi studiate al microscopio. L'intero processo può richiedere da diversi giorni a una settimana per produrre un risultato positivo o negativo sicuro.

Sia i laboratori di Karnik che quelli di Tadesse hanno sviluppato in modo indipendente tecniche per accelerare varie parti del processo di test degli agenti patogeni e rendere il processo portatile, utilizzando Dynabeads.

Le Dynabeads sono microsfere disponibili in commercio costituite da un nucleo di ferro magnetico e un guscio polimerico che può essere rivestito con anticorpi. Gli anticorpi di superficie agiscono come ganci per legare specifiche molecole bersaglio. Quando mescolate con un fluido, come una fiala di sangue o acqua, tutte le molecole presenti si attaccano alle Dynabeads. Usando un magnete, gli scienziati possono attirare delicatamente le perline sul fondo di una fiala e filtrarle da una soluzione. Il laboratorio di Karnik sta studiando modi per separare ulteriormente le sfere in quelle che sono legate a una molecola bersaglio e quelle che non lo sono. "Tuttavia, la sfida è: come facciamo a sapere se abbiamo ciò che stiamo cercando?" Tadesse dice.