En enkel, pappersbaserat test kan snabbt identifiera ett förfalskat eller undermåligt antibiotikum. Kredit:John Eisele/Colorado State University
Antibiotika – läkemedel som behandlar bakterieinfektioner – har räddat miljontals liv över hela världen sedan de upptäcktes i början av 1900-talet. När vi fyller på ett recept på läkarmottagningen eller apoteket idag, de flesta av oss tar för givet att dessa vanligt föreskrivna läkemedel är verkliga, och av god kvalitet.
Men i utvecklingsländerna, tillverkning och distribution av undermåliga, icke-legitima läkemedel är utbredd. Världshälsoorganisationen uppskattar att upp till 10 procent av alla läkemedel världen över kan förfalskas, med upp till 50 procent av dessa någon form av antibiotika. Ett förfalskat eller utspätt antibiotikum kan inte bara utsätta en omedveten patient i fara, men kan också bidra till det bredare problemet med antimikrobiell resistens.
Ett laboratorium från Colorado State University sätter kemin i arbete på en enkel, billigt sätt att identifiera sådana förfalskade och undermåliga antibiotika, erbjuder en praktisk lösning på ett mycket verkligt problem. Forskarna har skapat ett pappersbaserat test som snabbt kan avgöra om ett antibiotikumprov är lämplig styrka, eller utspädd med fyllmedel som bakpulver. I likhet med mekanismen för ett graviditetstest hemma, en pappersremsa får en distinkt färg om ett förfalskat antibiotikum är närvarande.
Det är den senaste pappersbaserade kemiska analysen som utvecklats i Chuck Henrys labb, professor vid institutionen för kemi. Forskare inklusive första författaren Kat Boehle, en nyutexaminerad Ph.D. studerande, beskriv uppfinningen i ACS-sensorer .
"I det här landet, vi tar för givet att våra antibiotika är bra – vi tänker inte ens två gånger, ", sade Boehle. "Men förfalskade och undermåliga antibiotika är en extremt vanlig sak i andra delar av världen. Målet med detta projekt har varit att göra en billig detekteringsenhet som är enkel att använda; vår enhet kostar bokstavligen en fjärdedel att tillverka."
Så här fungerar det:Bakterier producerar naturligt ett enzym som kan ge dem resistens mot antibiotika genom att kemiskt binda till delar av antibiotikamolekylen. Forskarna använde just detta enzym, kallas beta-laktamas, för att ge sin enhet möjlighet att upptäcka förekomsten av antibiotika i ett givet prov.
Förstaförfattaren Kat Boehle demonstrerar pappersenheten i labbet. Kredit:John Eisele
För provet, användaren löser upp antibiotikan i vatten, och lägger till lösningen i en liten pappersenhet. Papperet innehåller en molekyl som heter nitrocefin som ändrar färg när den reagerar med enzymet. I denna inställning, antibiotikan och nitrocefinen på papperet konkurrerar om att binda till enzymet i en detektionszon.
Med en bra antibiotikados, det är liten färgförändring i pappersremsan, eftersom antibiotikan konkurrerar ut nitrocefinet och binder framgångsrikt till beta-laktamasenzymet. Men i ett förfalskat eller försvagat antibiotikum, papperet blir rött, eftersom enzymet istället reagerar med nitrocefinet. Kortfattat, gult betyder bra (antibiotikum av lämplig styrka); rött betyder dåligt (utspätt antibiotika).
Enheten inkluderar också en pH-indikator, för att avgöra om ett prov är surt eller alkaliskt. Denna extra information kan ytterligare varna användaren om huruvida ett prov har förfalskats med fyllmedelsingredienser, som annars kan förvirra huvudtestet.
Det är enkelt, det går snabbt (cirka 15 minuter), och den kan användas av en outbildad professionell – alla viktiga mål med projektet, sa Henry. Traditionella metoder för att testa drogrenhet är beroende av stora, dyr analysutrustning i labb, inklusive masspektrometri, vilket gör det utmanande eller omöjligt för utvecklingsländer att enkelt komma åt.
För att säkerställa enhetens användbarhet, forskarna inkluderade i sitt experiment ett blindtest med fem användare som inte var bekanta med enheten eller vetenskapen bakom den. De identifierade alla framgångsrikt 29 av 32 antibiotikaprover som antingen legitima eller falska.
Testet är effektivt för ett brett spektrum av betalaktamantibiotika, men det finns utrymme för förfining. Provet som mest felidentifierades av otränade användare var acetylsalicylsyra - allmänt känd som aspirin - som inte blev lika röd som de andra falska proverna eftersom dess sura pH destabiliserade reaktionen. Att kunna särskilja sådana specifika kemikalier mer exakt kommer att bli föremål för framtida optimering av det nya testet, säger forskarna.
