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Feb 13, 2024

Los ingenieros del MIT utilizan luz en perlas para detectar rápidamente patógenos

Jongwan Lee et al. Al suscribirte, aceptas nuestros Términos de uso y políticas. Puedes cancelar la suscripción en cualquier momento. Los ingenieros del MIT han descubierto una nueva firma óptica en una clase ampliamente utilizada de

Jongwan Lee et al.

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Los ingenieros del MIT han descubierto una nueva firma óptica en una clase ampliamente utilizada de perlas magnéticas, que permite la detección rápida de contaminantes en diversas pruebas de diagnóstico.

Por ejemplo, su estudio, disponible en ArXiv (en espera de revisión por pares), destacó la nueva capacidad de las cuentas para exponer rápidamente rastros del patógeno Salmonella transmitido por los alimentos.

Además de su efecto sobre la seguridad alimentaria, la innovación podría proporcionar a los expertos médicos un método para identificar de forma rápida y precisa la fuente de la enfermedad en una muestra determinada.

En el mundo del diagnóstico, esperar los resultados de las pruebas puede resultar frustrante y llevar mucho tiempo. Ya sea un análisis de sangre, un análisis de la contaminación del agua o una comprobación de la contaminación de los alimentos, el tiempo de respuesta a menudo depende de laboriosos pasos de análisis y procesamiento de muestras.

Ahora, los ingenieros del MIT pronto podrían revolucionar este escenario, ofreciendo una detección rápida y precisa de contaminantes.

La clave de su avance reside en una herramienta de laboratorio comercial: perlas magnéticas microscópicas conocidas como Dynabeads. Estas perlas, recubiertas con anticuerpos que se adhieren a moléculas diana específicas, han sido un elemento básico en las configuraciones experimentales durante años.

Sin embargo, los investigadores se han enfrentado a la necesidad de tomar medidas adicionales para confirmar la presencia de moléculas adheridas a las perlas.

Ingrese al poder de la óptica, específicamente la espectroscopia Raman, aprovechada para la detección rápida de patógenos.

Jongwan Lee et al.

El nuevo estudio reveló las extraordinarias propiedades ópticas de Dynabeads que pueden acelerar el proceso de confirmación. Los investigadores aprovecharon la dispersión única de la luz, o "firma Raman", exhibida por diferentes moléculas.

Tras la detección, proporciona una confirmación casi instantánea (en menos de un segundo) de la presencia de un patógeno objetivo dentro de una muestra.

El objetivo principal del equipo fue detectar el notorio contaminante alimentario Salmonella. Al mostrar la aplicabilidad de su técnica, los investigadores destacaron el potencial de identificar rápidamente patógenos bacterianos que plantean riesgos para la salud.

"Podrías comprar Dynabeads con anticuerpos contra E. coli y sucedería lo mismo", explicó en un comunicado de prensa el coautor, el profesor asistente Loza Tadesse del Departamento de Ingeniería Mecánica.

"Se uniría a las bacterias y podríamos detectar la firma de Dynabead porque la señal es súper fuerte".

Las implicaciones son de amplio alcance y podrían afectar el diagnóstico médico.

"Esta técnica sería útil en una situación en la que un médico intenta limitar la fuente de una infección para poder informar mejor la prescripción de antibióticos", afirmó la coautora del estudio Marissa McDonald, estudiante graduada del Programa de Salud de Harvard-MIT. Ciencias y Tecnología.

"Además, esperamos que este enfoque conduzca eventualmente a un mayor acceso a diagnósticos avanzados en entornos con recursos limitados".

Actualmente se está trabajando en el desarrollo de un dispositivo portátil que pueda acelerar el proceso de detección de una variedad de patógenos bacterianos.

A medida que los ingenieros del MIT iluminan un camino más rápido para confirmar la presencia de patógenos, el panorama del diagnóstico está al borde de la transformación.

Con su uso innovador de la espectroscopia Raman, el tiempo de espera para obtener resultados críticos pronto podría ser cosa del pasado. A medida que el equipo continúa perfeccionando su enfoque, el mundo anticipa un futuro en el que la detección rápida y confiable será la nueva norma.

El estudio completo, que aún no ha sido revisado por pares, se publicó en Arxiv y se puede encontrar aquí.

Resumen del estudio:

Las Dynabeads son partículas superparamagnéticas que se utilizan para la purificación inmunomagnética de células y biomoléculas. Sin embargo, después de la captura, la identificación del objetivo se basa en un tedioso cultivo, tinción fluorescente y/o amplificación del objetivo. La espectroscopia Raman presenta una alternativa de detección rápida, pero las implementaciones actuales se dirigen a las propias células con señales Raman débiles. Presentamos Dynabeads recubiertas de anticuerpos como potentes marcadores indicadores Raman cuyo efecto puede considerarse un paralelo Raman de las sondas inmunofluorescentes. Los recientes desarrollos en técnicas para separar Dynabeads vinculados al objetivo de los Dynabeads no vinculados hacen que dicha implementación sea factible. Implementamos Dynabeads anti-Salmonella para unir e identificar Salmonella enterica, un importante patógeno transmitido por los alimentos. Las Dynabeads presentan picos característicos de 1000 y 1600 1/cm de estiramiento CC alifático y aromático de poliestireno, y 1350 1/cm y 1600 1/cm de amida, hélice alfa y hoja beta de recubrimientos de anticuerpos del núcleo de Fe2O3, confirmado con Imágenes de rayos X por dispersión de electrones (EDX). Su firma Raman se puede medir en muestras secas y líquidas incluso con un solo disparo de imágenes de área de ~30 x 30 micrómetros utilizando adquisición láser de 0,5 s y 7 mW con perlas individuales y agrupadas que proporcionan una intensidad Raman 44 y 68 veces mayor en comparación con la firma. de las células. Un mayor contenido de poliestireno y anticuerpos en los grupos produce una mayor intensidad de señal y la conjugación con las bacterias fortalece la agrupación, ya que una bacteria puede unirse a más de una cuenta, como se observa mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM). Nuestros hallazgos arrojan luz sobre la naturaleza intrínseca del indicador Raman de Dynabeads, demostrando su doble función para el aislamiento y la detección de objetivos sin preparación adicional de muestras, tinción o ingeniería de sustrato plasmónico única, lo que avanza sus aplicaciones en muestras heterogéneas como alimentos, agua y sangre.