Duke Universitys biomedicinska ingenjörer och genomforskare har utvecklat ett principiellt tillvägagångssätt som använder ljus för att upptäcka infektioner innan patienter visar symtom.
Tillvägagångssättet demonstrerades i mänskliga prover, och forskare utvecklar nu tekniken för placering på ett chip, som kunde ge snabbt, enkel och tillförlitlig information om en patient. En diagnostisk enhet baserad på detta chip kan också göras portabel.
Forskarna utvecklade en silverbaserad nanopartikel som tar emot en specifik molekylär markör som rinner ut i blodomloppet i de första stadierna av en infektion. När ljus riktas mot provet, nanopartikeln fäst vid en molekylär markör kommer att reflektera ett distinkt optiskt fingeravtryck.
"Vi har för första gången visat att användningen av dessa nanosonder kan upptäcka specifika genetiska material som tagits från mänskliga prover, sa Tuan Vo-Dinh, R. Eugene och Susie E. Goodson framstående professor i biomedicinsk teknik vid Duke' Pratt School of Engineering och chef för The Fitzpatrick Institute for Photonics vid Duke. Han är också professor i kemi.
Resultaten av Duke-experimenten visas online i tidskriften Analytica Chimica Acta . Hsin-Neng Wang, en postdoktor i Vo-Dinhs laboratorium, var den första författaren till tidningen.
I detta tvärvetenskapliga projekt, Vo-Dinh-teamet samarbetade nära med forskare vid Duke's Institute for Genome Sciences &Policy (IGSP) som har utvecklat en metod för att mäta värdens svar på infektion genom RNA-profilering.
Forskningen stöds av National Institutes of Health, Defence Advanced Projects Agency, försvarsdepartementet och Wallace H. Coulter Foundation.
I Duke-experimenten, nanosonderna används i samband med ett fenomen som först beskrevs på 1970-talet som kallas ytförstärkt Raman-spridning (SERS). När ljus, vanligtvis från en laser, lyser på ett prov, målmolekylen vibrerar och sprider sig tillbaka i sitt eget unika ljus, ofta kallad Raman-spridningen. Dock, detta Raman-svar är extremt svagt.
"När målmolekylen är kopplad med en metallnanopartikel eller nanostruktur, Raman-svaret förstärks avsevärt av SERS-effekten – ofta mer än en miljon gånger, sa Vo-Dinh, som har studerat de potentiella tillämpningarna av SERS i decennier.
"Denna viktiga proof-of-concept-studie banar nu vägen för utvecklingen av enheter som mäter flera genom-härledda markörer som kommer att hjälpa till med en mer exakt och snabb diagnos av infektionssjukdomar vid vårdpunkten, sa Geoffrey Ginsburg, chef för genomisk medicin vid IGSP, verkställande direktör för Center for Personalized Medicine vid Duke Medicine, och professor i medicin och patologi.
"Detta skulle vägleda vårdbeslut som kommer att leda till effektivare behandling och förbättrade resultat av antimikrobiell terapi, ", sa Ginsburg. "Point-of-care diagnostik har ett stort löfte att påskynda precisionsmedicin och, mer viktigt, hjälpa patienter i miljöer med begränsade resurser att få tillgång till molekylära tester."
