Wetenschappers van EPFL hebben een baanbrekende techniek ontwikkeld die licht gebruikt om individuele bacteriofagen te manipuleren en te identificeren zonder de noodzaak van chemische labels of bioreceptoren, waardoor op fagen gebaseerde therapieën die antibioticaresistente bacteriële infecties kunnen behandelen mogelijk worden versneld en revolutionair veranderd.

Nu antibioticaresistentie een formidabele bedreiging voor onze gezondheid vormt, zijn wetenschappers voortdurend op zoek naar alternatieve manieren om bacteriële infecties te behandelen. Nu steeds meer bacteriestammen de medicijnen waar we al tientallen jaren op vertrouwen te slim af zijn, kan een mogelijke alternatieve oplossing gevonden worden in bacteriofagen, dit zijn virussen die op bacteriën jagen.

Faagtherapie, het gebruik van bacteriofagen om bacteriële infecties te bestrijden, wint aan populariteit als haalbaar alternatief voor traditionele antibiotica. Maar er zit een addertje onder het gras:het vinden van de juiste faag voor een bepaalde infectie is als het zoeken naar een speld in een hooiberg, terwijl de huidige methoden omslachtig kweken en tijdrovende tests met zich meebrengen.

Nu hebben wetenschappers van EPFL, in samenwerking met het CEA Grenoble en het Lausanne Universitair Ziekenhuis (CHUV), nanopincetten op de chip ontwikkeld die individuele bacteriën en virionen (de besmettelijke vorm van een virus) kunnen vangen en manipuleren met behulp van een minimale hoeveelheid optisch vermogen. . De studie, geleid door Nicolas Villa en Enrico Tartari in de groep van Romuald Houdré bij EPFL, is gepubliceerd in het tijdschrift Small .

De nanopincetten zijn een soort optische pincetten, wetenschappelijke instrumenten die een zeer gefocuste laserstraal gebruiken om microscopische (bijvoorbeeld virionen) en zelfs submicroscopische objecten zoals atomen in drie dimensies vast te houden en te manipuleren. Het licht creëert een gradiëntkracht die de deeltjes naar een brandpunt met hoge intensiteit trekt, waardoor ze effectief op hun plaats worden gehouden zonder fysiek contact.

Optische pincetten werden voor het eerst uitgevonden in 1986 door de natuurkundige Arthur Ashkin, die eind jaren zestig de principes erachter uitwerkte. Ashkin's technologische innovatie leverde hem in 2018 de Nobelprijs voor de natuurkunde op, en optische pincetten blijven een intensief onderzoeksgebied.

Er zijn verschillende soorten optische pincetten. Optische pincetten in de vrije ruimte kunnen bijvoorbeeld een object manipuleren in een open omgeving, zoals lucht of vloeistof, zonder enige fysieke barrières of structuren die het licht geleiden. Maar in deze studie bouwden de onderzoekers een nanopincet ingebed in een optofluïdisch apparaat dat optische en fluïdische technologieën op één chip integreert.

De chip bevat op silicium gebaseerde fotonische kristalholtes:de nanopincetten, die in wezen kleine vallen zijn die de fagen zachtjes in positie duwen met behulp van een door licht gegenereerd krachtveld. Dankzij het systeem konden de onderzoekers afzonderlijke bacteriën en afzonderlijke virionen nauwkeurig controleren en in realtime informatie verkrijgen over de gevangen micro-organismen.

Wat deze aanpak onderscheidt, is dat deze onderscheid kan maken tussen verschillende soorten fagen zonder gebruik te maken van chemische labels of oppervlaktebioreceptoren, wat tijdrovend en soms ineffectief kan zijn. In plaats daarvan maken de nanopincetten onderscheid tussen fagen door de unieke veranderingen te lezen die elk deeltje in de eigenschappen van het licht veroorzaakt. De labelvrije methode kan de selectie van therapeutische fagen aanzienlijk versnellen, wat een snellere doorlooptijd belooft voor potentiële op fagen gebaseerde behandelingen.

Het onderzoek heeft ook implicaties die verder gaan dan faagtherapie. Het in realtime kunnen manipuleren en bestuderen van afzonderlijke virionen opent nieuwe wegen in microbiologisch onderzoek en biedt wetenschappers een krachtig hulpmiddel voor snelle tests en experimenten. Dit zou kunnen leiden tot een beter begrip van virussen en hun interacties met gastheren, wat van onschatbare waarde is in de voortdurende strijd tegen infectieziekten.

Meer informatie: Nicolas Villa et al., Optische trapping en snelle discriminatie van labelvrije bacteriofagen op het niveau van één virion, Klein (2024). DOI:10.1002/klein.202308814

Journaalinformatie: Klein

Aangeboden door Ecole Polytechnique Federale de Lausanne