Una plataforma en papel desarrollada por investigadores del Instituto Indio de Ciencias (IISc) y el Centro Jawaharlal Nehru de Investigación Científica Avanzada (JNCASR) podría ayudar a detectar rápidamente la presencia de bacterias patógenas resistentes a los antibióticos.
Uno de los mayores desafíos de la humanidad ha sido el aumento de bacterias resistentes a los antibióticos que causan enfermedades. Su aparición se ha visto impulsada por el mal uso y el uso excesivo de antibióticos.
Un puñado de estas bacterias, incluidas E. coli y Staphylococcus aureus, han causado más de un millón de muertes y se prevé que estas cifras aumenten en los próximos años, según la Organización Mundial de la Salud. El diagnóstico oportuno puede mejorar la eficacia del tratamiento.
"Generalmente, el médico diagnostica al paciente y le administra medicamentos. Luego, el paciente los toma durante 2 o 3 días antes de darse cuenta de que el medicamento no está funcionando y vuelve al médico. Incluso diagnosticando que la bacteria es resistente a los antibióticos en la sangre o Las pruebas de orina requieren tiempo. Queríamos reducir ese tiempo de diagnóstico", dice Uday Maitra, profesor del Departamento de Química Orgánica del IISc.
En un artículo publicado en ACS Sensors, El laboratorio y los colaboradores de Maitra han abordado este desafío. Han desarrollado un protocolo de diagnóstico rápido que utiliza una plataforma de papel luminiscente para detectar la presencia de bacterias resistentes a los antibióticos.
Hay diferentes formas por las cuales una bacteria se vuelve resistente a los antibióticos. En uno, la bacteria evoluciona y puede reconocer y expulsar el medicamento fuera de su célula. En otro, la bacteria produce una enzima llamada β-lactamasa, que hidroliza el anillo β-lactámico, un componente estructural clave de los antibióticos comunes como la penicilina y el carbapenem, lo que hace que el medicamento sea ineficaz.
El enfoque desarrollado por el equipo del IISc y JNCASR implica la incorporación de ácido bifenil-4-carboxílico (BCA) dentro de una matriz de hidrogel supramolecular que contiene colato de terbio (TbCh). Este hidrogel normalmente emite fluorescencia verde cuando se le ilumina con luz ultravioleta.
"En el laboratorio, sintetizamos un sustrato enzimático uniendo BCA al anillo cíclico [β-lactámico] que forma parte del antibiótico. Cuando se mezcla esto con hidrogel de TbCh, no hay emisión verde ya que el sensibilizador está 'enmascarado'. ,'", explica Arnab Dutta, Ph.D. estudiante del Departamento de Química Orgánica del IISc y autor principal del artículo.
"En presencia de la enzima β-lactamasa, el gel producirá una emisión verde. La enzima β-lactamasa en las bacterias es la que abre el fármaco, destruye y desenmascara el sensibilizador BCA. Por lo tanto, la presencia de β-lactamasa es señalizado por emisión verde."
La luminiscencia señala la presencia de bacterias resistentes a los antibióticos y la intensidad de la luminiscencia indica la carga bacteriana. Para las bacterias no resistentes, se descubrió que la intensidad verde era extremadamente baja, lo que facilitaba distinguirlas de las bacterias resistentes.
El siguiente paso fue encontrar una manera de hacer que la tecnología fuera económica. Los instrumentos de diagnóstico utilizados actualmente son costosos, lo que eleva el precio de las pruebas.
El equipo colaboró con una empresa con sede en Tamil Nadu llamada Adiuvo Diagnostics para diseñar un dispositivo de imágenes en miniatura, portátil y personalizado, llamado Illuminate Fluorescent Reader. La infusión del hidrogel en una hoja de papel como medio redujo significativamente el costo. El instrumento está equipado con diferentes LED que emiten radiación UV según sea necesario. Una cámara incorporada captura la fluorescencia verde de la enzima y una aplicación de software dedicada mide la intensidad, lo que puede ayudar a cuantificar la carga bacteriana.
El equipo del IISc se asoció con el grupo de investigación de Jayanta Haldar del JNCASR para comprobar su enfoque en muestras de orina. "Utilizamos muestras de voluntarios sanos y añadimos bacterias patógenas para imitar las infecciones del tracto urinario. El resultado se produjo con éxito en dos horas", explica Maitra.
Como siguiente paso, los investigadores planean colaborar con hospitales para probar esta tecnología con muestras de pacientes.
Más información: Arnab Dutta et al, Aumento de la vigilancia de la resistencia a los antimicrobianos:detección rápida de bacterias resistentes a los fármacos que expresan β-lactamasa mediante luminiscencia sensibilizada en un hidrogel soportado en papel, Sensores ACS (2023). DOI:10.1021/acssensors.3c02065
Información de la revista: Sensores ACS
Proporcionado por el Instituto Indio de Ciencias
