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Rilevatore rapido di tubercolosi
Un terzo della popolazione mondiale è infettato dalla tubercolosi. Il rilevamento dei batteri richiede tempo e denaro, anche negli ospedali con sofisticate apparecchiature di laboratorio. E nei paesi poveri dove l'infezione è più diffusa, le persone spesso non hanno accesso a questa attrezzatura. I ricercatori del Massachusetts General Hospital di Boston e dell'Università di Harvard hanno ora dimostrato che un dispositivo portatile può essere utilizzato per contare solo 20 batteri in un campione di espettorato in mezz'ora. Sperano di sviluppare il test in un prodotto economico che possa essere distribuito per il test della tubercolosi.
Rilevatore di tubercolosi: Un dispositivo portatile può contare fino a 20 batteri in un campione di espettorato. Una scheda di plastica all'interno del dispositivo utilizza la microfluidica per dirigere i batteri etichettati magneticamente in un campione in una delle due camere circondate da bobine metalliche. Le bobine vengono utilizzate per la risonanza magnetica nucleare del campione.
Il contatore di batteri è stato sviluppato da ricercatori guidati da Ralph Weissleder , direttore del Center for Systems Biology e del Center for Molecular Imaging Research presso la Harvard Medical School, e Hakho Lee , un istruttore presso Mass General. La tecnologia utilizza etichette di nanoparticelle magnetiche e un rilevatore che funziona secondo gli stessi principi della risonanza magnetica. Sono focalizzati sulla tubercolosi, dice Lee, perché anche un batterio può causare la malattia, ma a questo punto non c'è un modo semplice per rilevare i batteri ad alta sensibilità.
Il problema più grande con i test esistenti è che sono troppo lenti, afferma Peter Katona , professore clinico associato di malattie infettive presso l'Università della California, Los Angeles. Il modo più accurato per identificare l'infezione è far crescere un campione in laboratorio. Ma poiché la tubercolosi cresce lentamente, possono volerci fino a sei settimane. Inoltre, le costose apparecchiature di coltura non sono in genere disponibili nelle aree povere in cui l'infezione è prevalente.
Il modo più economico e veloce per rilevare la tubercolosi è un test cutaneo che individua una reazione immunitaria. Ma tali test non sono particolarmente accurati. Ci sono un certo numero di condizioni in cui non c'è reazione immunitaria anche se il paziente porta l'infezione, dice Steven Miller , direttore dei laboratori clinici presso l'Università della California, San Francisco Medical Center. TBC e HIV spesso vanno di pari passo, ma nei pazienti sieropositivi il test cutaneo non funziona. Un altro test comune, colorando un campione di espettorato con un colorante che colpisce la tubercolosi ed esaminandolo al microscopio, ha anche un alto tasso di falsi negativi. A meno che non ci sia un carico molto elevato di batteri, non puoi raccoglierlo, dice Miller.
Il rivelatore di Harvard può trovare piccolissimi carichi di batteri. È una versione miniaturizzata di una risonanza magnetica nucleare, un dispositivo molto sensibile ma generalmente grande e costoso utilizzato per applicazioni cliniche e chimiche come l'imaging cerebrale e la determinazione delle strutture proteiche. Le dimensioni e il costo dei tipici imager a risonanza magnetica nucleare sono dettate dalla necessità di un forte magnete. Il gruppo di Weissleder ha semplificato lo strumento in un dispositivo portatile da una libbra con parti monouso compromettendo la qualità del segnale e posizionando la camera del campione proprio all'interno delle bobine a radiofrequenza. Quando si misurano i batteri, non è necessaria un'alta risoluzione: è sufficiente rilevare un modello, afferma Lee.
Come prova di principio, Weissleder e Lee hanno dimostrato di poter rilevare un batterio molto simile alla tubercolosi nei campioni di espettorato. Innanzitutto, il campione viscoso deve essere liquefatto. Quindi viene miscelato con una soluzione di nanoparticelle di ferro a forma di palla di cannone ricoperte di anticorpi che si attaccano ai batteri. Il campione viene caricato sul rivelatore, che utilizza la microfluidica per forzare il campione attraverso un canale dotato di uno schermo che intrappola i batteri e lava via tutte le nanoparticelle che non hanno raggiunto un obiettivo. Questo canale è circondato da una bobina metallica che fa pulsare i batteri intrappolati con onde a radiofrequenza sotto l'influenza di un magnete. Ciò fa sì che le nanoparticelle di ferro emettano un segnale magnetico, influenzando a loro volta i protoni nelle molecole d'acqua circostanti. Il dispositivo di Harvard rileva questi cambiamenti, la cui entità e durata sono direttamente proporzionali al numero di batteri etichettati nel campione.
Il processo di rilevamento dei batteri richiede circa 30 minuti ed è sensibile quanto i processi che utilizzano campioni di coltura coltivati in laboratorio. I risultati sono descritti nella rivista chimica applicata .
Cercare di diagnosticare livelli molto bassi di batteri in un campione mantenendo un'alta qualità non è una cosa facile da fare, afferma il patologo Miller. Il test di Harvard è molto sensibile, ovvero può rilevare bassi livelli di batteri, ma finché il dispositivo non viene sottoposto a più test, è impossibile dire quanto sia specifico. Se dimostra di avere alti tassi di falsi positivi, dice Miller, non sarà praticabile in posti come gli Stati Uniti, dove i tassi di tubercolosi sono bassi. Tuttavia, afferma Miller, potrebbe esserci molto valore per un test economico e facile come questo in aree con un'alta prevalenza di tubercolosi.
I ricercatori stanno collaborando con la Harvard School of Public Health per testare il dispositivo su campioni clinici di pazienti portatori di tubercolosi.