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科学家如何找到有效治疗细菌感染的最佳抗生素?

来源:本站原创 2019-03-21 21:35

2019年3月22日 讯 /生物谷BIOON/ --对于细菌感染往往需要快速处理,而实验室要确定病人感染的类型常常是非常缓慢的,因此如果医生怀疑患者为细菌感染的话,其可能会给患者开具广谱抗生素,换句话说,这种抗生素能杀灭多种病原体,这种治疗往往有一定的缺点,有时候药物不仅不会发挥杀灭患者所感染的细菌的作用,还可能会增加细菌抗生素耐药的问题。

图片来源:Tinydevil/Shutterstock

理论上来讲,如果医生怀疑病人发生了细菌感染,其就会要求患者提供诸如尿液等样本,并送至实验室进行分析检测,诸如药敏纸片法等传统检测技术往往是在有抗生素存在的情况下来观察细菌的生长状况,如果能够有效抑制细菌在培养基中生长,那么这种抗生素就被认为能有效治疗感染。但这种检测常常需要48小时,这就意味着患者的治疗会被延误,从而就给了细菌在患者机体中繁殖生长的时间。

目前研究人员迫切需要寻找新方法来研究抗生素在单细胞水平下的影响效应,这将能够帮助研究者尽可能早地发现治疗感染的抗生素,从而减缓抗生素耐药性的发生,并改善患者的康复。近日来自约克大学的研究人员就开发出了一种新型的检测技术。

如何开发这种新型工具?

细菌是非常复杂的机器,其会不断完成诸如分裂、运动、获取阴阳、交流等任务,因此我们需要问自己,抗生素真的能以一种非常明显的方法来干扰这些功能吗?目前很多研究人员非常感兴趣深入研究抗生素发挥作用的不同方式,这种方式或许能使得检测速度变得更快,因此研究人员决定将研究重点放在细菌的运动方式和形状上,为了做到这一点,研究人员使用了微粒体工具,即在微观尺度上来操控流体的科学研究。

为了分析受抗生素影响后细菌运动和形状的变化,研究人员在一个简单的玻片上只做了一组微小的杯状“陷阱”,同时利用一种微通道来密封设备,注入并操控含有细菌的溶液使得细菌游动。每个“陷阱”都小的足以捕获进入其中的一个细菌,数以百计的“陷阱”就能够帮助研究者同时检查多个细菌,一旦发现细菌研究者就能逐个检查其运动和形状,并让细菌接触抗生素。

研究者发现,有效抑制细菌生长的药物能够干扰细菌的运动和形状,只有这些抗生素会让细菌变弱,无法积极运动;反过来讲,一旦细菌的形状和运动发生改变就表明抗生素是有效的,因此利用这种手段研究者就能在短短一小时内找到有效治疗细菌感染的药物,这要比目前的药敏纸片法的检测速度快很多。

图片来源:Giampaolo Pitruzzello et al.

潜在的快速临床设备

这种新方法的潜在优势在于其转变了研究思路,将一个细菌培养到数十亿个往往需要很长时间,而且这也会掩盖细菌之间的个体差异,在传统试验中抗生素能够有效抑制细菌的生长并削弱细菌的运动,使其在几小时内变形,而对单个细菌进行分析就意味着临床医生并不需要等待细菌繁殖就能够研究不同细菌之间的差异了。

研究者所开发的设备能作为一种快速临床工具帮助评估抗生素在治疗既定感染中的有效性,试想一下当我们带着样本去找医生时,医生将样本处理后注入到由几个微通道组成的设备中,在同一时间不同的抗生素被注射到每个通道中,随后软件会自动监测细菌的生长,并捕获细菌的运动和形状。由于最有效的药物才会影响细菌的运动和形状(比影响其生长更为快速),因此医生们并不需要等待细菌的繁殖;在几小时后医生就能够开具有效的抗生素来有针对性地治疗患者的细菌感染。

只有依赖一些新型的替代方法,我们才能够防止抗生素被过度使用,并减缓细菌的进化和抗生素耐药性的产生;最完美的处方应该是,正确的药物、合适的病人及正确的时间。(生物谷Bioon.com)

参考资料:

【1】Giampaolo Pitruzzello,Stephen ThorpeSteven Johnson, et al. Multiparameter antibiotic resistance detection based on hydrodynamic trapping of individual E. coli, Lab on a chip (2019) doi:10.1039/c8lc01397g

【2】Antibiotics: we’ve found faster, better way to identify the right one to use
Giampaolo Pitruzzello, March 14, 2019 7.31am EDT

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