Magnetische nanodeeltjes gebruiken als snelle test voor sepsis

Qun Ren, een Empa-onderzoeker, en haar team ontwikkelen momenteel een diagnostische procedure die levensbedreigende bloedvergiftiging veroorzaakt door stafylokokkenbacteriën snel kan detecteren.

Stafylokokkensepsis is dodelijk in tot 40% van de gevallen. Een infectie met de bolvormige bacteriën kan zijn begonnen als een lokale huidziekte of longontsteking. Zodra de stafylokokken in de loop van sepsis in de bloedbaan zijn opgezwollen, kunnen ernstige complicaties optreden. In dergelijke situaties moeten de ziekteverwekkers zo snel mogelijk worden geïdentificeerd en moeten geschikte antibiotica worden geselecteerd voor behandeling.

Dit is vooral cruciaal voor de overlevingskansen van de getroffenen, aangezien Staphylococcus aureus-stammen ongevoelig kunnen zijn voor verschillende antibiotica. “Als de bacteriën in een bloedmonster eerst moeten worden gekweekt voor een diagnostische procedure, gaat kostbare tijd verloren”, legt Qun Ren uit, de groepsleider van Empa’s Biointerfaces-laboratorium in St. Gallen. Qun Ren en haar teamgenoot Fei Pan zochten daarom samen met onderzoekers van ETH Zürich naar een manier om de lange tussenstap te omzeilen.

Het team heeft een methode ontwikkeld met behulp van magnetische nanodeeltjes die zich kunnen binden aan stafylokokken. Zo kunnen de bacteriën gericht gedetecteerd worden via een magnetisch veld. In een volgende stap wordt de gevoeligheid voor antibiotica geanalyseerd met behulp van een chemiluminescentiemethode. Als er resistente bacteriën in de reageerbuis zitten, straalt het monster licht uit. Als daarentegen de ziektekiemen met antibiotica kunnen worden gedood, blijft het reactievat donker. “Al met al duurt de sepsistest ongeveer drie uur, vergeleken met enkele dagen voor een klassieke kweek van bacterieculturen”, zegt Fei Pan.

Een andere onaangename vertegenwoordiger uit het bacterierijk is Pseudomonas aeruginosa. Deze staafvormige bacterie kan verschillende ziektes veroorzaken, waaronder infecties van de urinewegen, bijvoorbeeld via een urinekatheter tijdens een ziekenhuisopname. Dergelijke infecties kunnen zich vervolgens ontwikkelen tot sepsis. En deze ziekteverwekkers zijn ook vaak resistent tegen een aantal antibiotica.

Dit is waar een ander voordeel van de magnetische nanodeeltjes in het spel komt: de methode kan worden aangepast aan veel verschillende soorten bacteriën, vergelijkbaar met een modulair systeem. Op deze manier konden Empa-onderzoekers een snelle “sepsis-sensor” ontwikkelen op basis van magnetische nanodeeltjes. In monsters die kunstmatige urine bevatten, identificeerde de methode op betrouwbare wijze de bacteriesoort en bepaalde mogelijke resistentie tegen antibiotica via een chemiluminescentiereactie.

Tot nu toe hebben de onderzoekers hun magnetische nanodeeltjeskit voor sepsis en urineweginfecties geëvalueerd met behulp van laboratoriummonsters. “In een volgende stap willen we samen met onze klinische partners de sepsistests valideren door patiëntmonsters te evalueren”, zegt Qun Ren.

Het onderzoek wordt gepubliceerd in de tijdschriften ACS-sensoren En Biosensoren en bio-elektronica.

Wereldwijd veroorzaakt de afnemende effectiviteit van antibiotica jaarlijks meer dan een miljoen doden. Sommige stafylokokken zijn bijvoorbeeld niet meer te bestrijden met gangbare antibiotica omdat ze resistentie hebben ontwikkeld. Vooral het aandeel multiresistente pathogenen is zorgwekkend. De wereldwijde antibioticaresistentie van ziekteverwekkers wordt nu al beschreven als een ‘stille pandemie’. Bij het diagnosticeren van een infectie kunnen de snelheid en precisie waarmee een ziektekiem wordt geïdentificeerd, van cruciaal belang zijn voor het overleven van de geïnfecteerden.