Forskare vid EPFL har byggt en tändsticksaskstor enhet som kan testa förekomsten av bakterier på ett par minuter, istället för upp till flera veckor.

En nano-spak vibrerar i närvaro av bakteriell aktivitet, medan en laser läser av vibrationerna och översätter den till en elektrisk signal som lätt kan avläsas - frånvaron av en signal betyder frånvaro av bakterier. Tack vare denna metod, det är snabbt och enkelt att avgöra om en bakterie har behandlats effektivt med ett antibiotikum, ett avgörande medicinskt verktyg speciellt för resistenta stammar. Lätt att använda på kliniker, det kan också visa sig användbart för att testa kemoterapibehandling. Forskningen publiceras i senaste numret av Naturens nanoteknik .

"Denna metod är snabb och exakt. Och den kan vara ett värdefullt verktyg för både läkare som letar efter rätt dosering av antibiotika och för forskare att avgöra vilka behandlingar som är mest effektiva, " förklarar Giovanni Dietler.

Laser och nanoteknik avläser bakteriernas metaboliska aktivitet

Det tar för närvarande lång tid att mäta en bakterieinfektions svar på antibiotikabehandling. Läkare måste odla bakterierna och sedan observera dess tillväxt, ibland i nästan en månad, som är fallet med tuberkulos, för att avgöra om behandlingen har varit effektiv.

Tack vare framstegen inom laser- och optisk teknik, EPFL-teamet av fysiker har minskat denna tid till ett par minuter. Att göra så, Giovanni Dietler, Sandor Kasas och Giovanni Longo har utnyttjat de mikroskopiska rörelserna i en bakteries ämnesomsättning.

Dessa vitala tecken är nästan omärkliga. För att testa för dem, forskarna placerar bakterierna på en extremt känslig mätanordning som vibrerar en liten spak – bara något tjockare än ett hårstrå – i närvaro av viss aktivitet. Spaken vibrerar sedan under bakteriernas metaboliska aktivitet. Dessa oändligt små svängningar, i storleksordningen en miljondels millimeter, bestämma närvaron eller frånvaron av bakterierna.

För att mäta dessa vibrationer, forskarna projicerar en laser på spaken. Ljuset reflekteras sedan tillbaka och signalen omvandlas till en elektrisk ström som ska tolkas av läkaren eller forskaren. När den elektriska strömmen är en platt linje, man vet att bakterierna alla är döda; det är lika lätt att läsa som ett elektrokardiogram.

En lovande metod för cancerbehandling

Forskarna har miniatyriserat verktyget - det är för närvarande lika stort som en tändsticksask. "Genom att förena vårt verktyg med en piezoelektrisk enhet istället för en laser, vi skulle kunna minska dess storlek ytterligare till storleken på ett mikrochip, säger Giovanni Dietler. De kunde sedan kombineras för att testa en serie antibiotika på en stam på bara ett par minuter.

Forskarna utvärderar för närvarande verktygets potential inom andra områden, särskilt onkologi. De undersöker att mäta metabolismen av tumörceller som har exponerats för cancerbehandling för att utvärdera behandlingens effektivitet. "Om vår metod också fungerar inom detta område, vi har verkligen ett värdefullt verktyg på våra händer som kan göra det möjligt för oss att utveckla nya behandlingar och även testa både snabbt och enkelt hur patienten reagerar på cancerbehandlingen, säger Sandor Kasas.