Biomedische ingenieurs en genoomonderzoekers van Duke University hebben een proof-of-principle-aanpak ontwikkeld waarbij licht wordt gebruikt om infecties te detecteren voordat patiënten symptomen vertonen.

De aanpak werd gedemonstreerd in menselijke monsters, en onderzoekers ontwikkelen nu de techniek voor plaatsing op een chip, die snel kunnen bieden, eenvoudige en betrouwbare informatie over een patiënt. Een diagnostisch apparaat op basis van deze chip zou ook draagbaar kunnen worden gemaakt.

De onderzoekers ontwikkelden een op zilver gebaseerd nanodeeltje dat zich nestelt op een specifieke moleculaire marker die in de eerste stadia van een infectie in de bloedbaan terechtkomt. Wanneer licht op het monster wordt gericht, het nanodeeltje dat aan een moleculaire marker is bevestigd, weerspiegelt een duidelijke optische vingerafdruk.

"We hebben voor het eerst aangetoond dat het gebruik van deze nanosondes specifieke genetische materialen kan detecteren die zijn genomen uit menselijke monsters, " zei Tuan Vo-Dinh, de R. Eugene en Susie E. Goodson Distinguished Professor of Biomedical Engineering aan de Duke' Pratt School of Engineering en directeur van het Fitzpatrick Institute for Photonics in Duke. Hij is ook hoogleraar scheikunde.

De resultaten van de Duke-experimenten verschijnen online in het tijdschrift Analytica Chimica Acta . Hsin-Neng Wang, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Vo-Dinh, was de eerste auteur van het artikel.

In dit interdisciplinaire project het Vo-Dinh-team werkte nauw samen met wetenschappers van het Duke's Institute for Genome Sciences &Policy (IGSP), die een methode hebben ontwikkeld om de reactie van de gastheer op infectie te meten door middel van RNA-profilering.

Het onderzoek wordt ondersteund door de National Institutes of Health, het Defense Advanced Projects Agency, het Ministerie van Defensie en de Wallace H. Coulter Foundation.

In de Duke-experimenten, de nanosondes worden gebruikt in combinatie met een fenomeen dat voor het eerst werd beschreven in de jaren zeventig, bekend als oppervlakteversterkte Raman-verstrooiing (SERS). wanneer licht, meestal van een laser, wordt geschenen op een monster, het doelmolecuul trilt en verstrooit terug in zijn eigen unieke licht, vaak aangeduid als de Raman-verstrooiing. Echter, deze Raman-reactie is extreem zwak.

"Als het doelmolecuul is gekoppeld aan een metalen nanodeeltje of nanostructuur, de Raman-respons wordt enorm versterkt door het SERS-effect - vaak meer dan een miljoen keer, " zei Vo-Dinh, die al tientallen jaren de mogelijke toepassingen van SERS bestudeert.

"Deze belangrijke proof-of-concept-studie maakt nu de weg vrij voor de ontwikkeling van apparaten die meerdere van het genoom afgeleide markers meten die zullen helpen bij een nauwkeurigere en snellere diagnose van infectieziekten op het punt van zorg, " zei Geoffrey Ginsburg, directeur genomische geneeskunde bij de IGSP, uitvoerend directeur van het Centrum voor Gepersonaliseerde Geneeskunde bij Duke Medicine, en een professor in de geneeskunde en pathologie.

"Dit zou leiden tot zorgbeslissingen die zullen leiden tot een effectievere behandeling en betere resultaten van antimicrobiële therapie, " Ginsburg zei. "Point-of-care diagnostiek is veelbelovend om precisiegeneeskunde te versnellen en, belangrijker, patiënten helpen in een omgeving met beperkte middelen om toegang te krijgen tot moleculaire testen."