圣安德魯斯大學的微流控聲學拉曼光譜研究項目可用于監(jiān)測環(huán)境對結(jié)核病的影響。
用光和聲波來分析細菌
研究微生物及其變化的組成極具挑戰(zhàn),通常需要重復的采樣技術(shù),而這些技術(shù)本身會影響目標生物。
捕獲和檢查細菌但不改變它們將是更好的解決方案。據(jù)麥姆斯咨詢報道,由圣安德魯斯大學(University of St Andrews)領(lǐng)導的一個項目目前已經(jīng)開發(fā)出這種技術(shù),使用微流控平臺和波長調(diào)制拉曼光譜(wavelength modulated Raman spectroscopy, WMRS)來檢測結(jié)核菌模型。
結(jié)核病在全球部分地區(qū)構(gòu)成了重大的公共衛(wèi)生挑戰(zhàn),越來越多的證據(jù)表明結(jié)核細胞中脂質(zhì)體的存在會直接影響對抗生素治療的反應。含有脂質(zhì)包裹體的細菌數(shù)量越多,對抗生素的耐藥性就越強。
圣安德魯斯大學研發(fā)的新平臺整合了光學拉曼光譜和對恥垢分枝桿菌(M. smegmatis bacteria,一種結(jié)核病的典型生物)的聲波捕獲,并評估其對抗生素治療的反應。現(xiàn)在可以將其應用于其他微生物的研究,以動態(tài)監(jiān)視它們對不同條件和刺激的反應。研究結(jié)果被發(fā)表在《自然》(Nature)期刊的子刊《通訊生物學》(Communications Biology)上。
這項新技術(shù)的原理是利用聲波捕獲技術(shù)將活細菌懸浮并固定在一個小的微流控腔室內(nèi),然后應用波長調(diào)制拉曼光譜記錄細菌的拉曼信號,從而揭示細菌的分子組成。
聲波捕獲腔室的設(shè)計
圣安德魯斯大學光學操縱小組的Mingzhou Chen評論道,“這是首個利用激光和聲音來解決傳染病問題并借此展開的研究。我們希望研究人員能夠用這種創(chuàng)新的方法來研究活細菌和其他生物?!?br />
測試新藥物
在試驗中,工作波長785納米的共聚焦拉曼系統(tǒng)被用于靶向聲波捕獲在該項目中定制的120微米微通道中的細菌。在樣品平面上施加100毫瓦的激光,以獲取足夠強的信號而不會干擾聲波捕獲。
在含有或不含有異煙肼(isoniazid,簡稱INH,一種通常用于治療結(jié)核病的抗生素)的情況下,研究人員監(jiān)測了與特定脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的存在相關(guān)的幾個不同的拉曼光譜峰。
該研究小組在其發(fā)表的論文中評價道,“該方法的一大關(guān)鍵優(yōu)勢是通過聲懸浮將細菌樣品保持在遠離裝置表面的位置,可以顯著降低背景信號。這為細菌的實時檢測搭建了一個新的平臺,并允許研究營養(yǎng)素和抗生素動態(tài)變化的生化效應。”
恥垢分枝桿菌樣品的結(jié)果表明了這類微生物的拉曼光譜具有復雜特性,諸如細菌的聚集等因素也會對光譜信號產(chǎn)生影響。但是該項目能觀察到異煙肼影響下拉曼峰值的顯著變化模式,包括那些與脂質(zhì)相關(guān)的變化。
該項目還需進一步的研究以充分了解聲波捕獲對菌群的影響,但是該團隊相信他們所創(chuàng)建的平臺在幫助理解細菌形為方面已經(jīng)展現(xiàn)出巨大的潛力,可以作為確定治療結(jié)核病的最佳方法的途徑。
據(jù)項目研究人員報道,該平臺除了能夠監(jiān)測對抗生素的反應,也能用于檢測對環(huán)境變化的影響,如pH值、溫度、氧氣濃度和營養(yǎng)缺乏。
圣安德魯斯大學醫(yī)學系的Stephen Gillespie總結(jié)道,“這款新工具將幫助我們理解為何結(jié)核病的治療需要花費這么長的時間,并且有望成為新藥測試的平臺。”
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原文標題:微流控聲學拉曼光譜平臺,可實時監(jiān)測環(huán)境對結(jié)核病的影響
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