Onderzoekers uit Bochum, Göttingen, Duisburg en Keulen hebben een nieuwe methode ontwikkeld om bacteriën en infecties op te sporen. Ze gebruiken fluorescerende nanosensoren om ziekteverwekkers sneller en gemakkelijker op te sporen dan met gevestigde methoden. Een team onder leiding van professor Sebastian Kruß, voorheen aan de Universiteit van Göttingen, nu aan de Ruhr-Universität Bochum (RUB), beschrijft de resultaten in het tijdschrift Natuurcommunicatie , online gepubliceerd op 25 november 2020.

Traditionele methoden voor het detecteren van bacteriën vereisen dat weefselmonsters worden genomen en geanalyseerd. Sebastian Kruß en zijn team hopen de noodzaak om monsters te nemen te elimineren door kleine optische sensoren te gebruiken om ziekteverwekkers direct op de plaats van infectie te visualiseren.

Fluorescentieveranderingen in aanwezigheid van bacteriële moleculen

De sensoren zijn gebaseerd op gemodificeerde koolstofnanobuisjes met een diameter van minder dan één nanometer. Als ze worden bestraald met zichtbaar licht, ze zenden licht uit in het nabij-infraroodbereik (golflengte 1, 000 nanometer en meer), die voor de mens niet zichtbaar is. Het fluorescentiegedrag verandert wanneer de nanobuisjes botsen met bepaalde moleculen in hun omgeving. Omdat bacteriën een karakteristieke mix van moleculen afscheiden, het door de sensoren uitgestraalde licht kan dus wijzen op de aanwezigheid van bepaalde ziekteverwekkers. In de huidige krant het onderzoeksteam beschrijft sensoren die schadelijke pathogenen detecteren en onderscheiden die worden geassocieerd met, bijvoorbeeld, implantaat infecties.

"Het feit dat de sensoren in het nabij-infraroodbereik werken, is met name relevant voor optische beeldvorming, omdat er in dit bereik veel minder achtergrondsignalen zijn die de resultaten kunnen aantasten, " zegt Sebastian Kruß, die aan het hoofd staat van de Functional Interfaces and Biosystems Group bij RUB en lid is van het Ruhr Explores Solvation Cluster of Excellence (Resolv). Aangezien licht van deze golflengte dieper in het menselijk weefsel doordringt dan zichtbaar licht, hierdoor kunnen bacteriesensoren zelfs onder wondverband of op implantaten worden uitgelezen.

Extra toepassingsgebieden zijn denkbaar

"In de toekomst, dit zou de basis kunnen vormen voor optische detectie van infecties op intelligente implantaten, omdat er dan geen monster meer nodig is. Zo kan het genezingsproces of een eventuele infectie snel worden opgespoord, met als resultaat een betere patiëntenzorg, " zegt Robert Nißler, hoofdauteur van de studie van de Universiteit van Göttingen. "De mogelijke toepassingsgebieden zijn niet beperkt tot dit, " voegt Kruß toe. "Bijvoorbeeld, ook in de toekomst is een verbeterde snelle diagnostiek van bloedkweken in het kader van sepsis denkbaar."

Naast onderzoekers van Physical Chemistry II aan de Ruhr-Universität Bochum en het Institute for Physical Chemistry aan de Universiteit van Göttingen, bij het onderzoek waren ook teams van de Medische Microbiologie van het Universitair Medisch Centrum Göttingen betrokken, Universitair Ziekenhuis Keulen en het Fraunhofer-instituut voor micro-elektronische circuits en systemen in Duisburg.