Uma plataforma baseada em papel desenvolvida por pesquisadores do Instituto Indiano de Ciência (IISc) e do Centro Jawaharlal Nehru de Pesquisa Científica Avançada (JNCASR) poderia ajudar a detectar rapidamente a presença de bactérias causadoras de doenças resistentes a antibióticos.



Um dos maiores desafios da humanidade tem sido o surgimento de bactérias causadoras de doenças resistentes aos antibióticos. Seu surgimento foi alimentado pelo uso indevido e excessivo de antibióticos.

Um punhado dessas bactérias – incluindo E. coli e Staphylococcus aureus – causou mais de um milhão de mortes, e prevê-se que estes números aumentem nos próximos anos, de acordo com a Organização Mundial de Saúde. O diagnóstico oportuno pode melhorar a eficiência do tratamento.

"Geralmente, o médico diagnostica o paciente e dá-lhe os medicamentos. O paciente então toma por 2 a 3 dias antes de perceber que o medicamento não está funcionando e volta ao médico. Mesmo diagnosticando que a bactéria é resistente a antibióticos no sangue ou os testes de urina levam tempo. Queríamos reduzir o tempo de diagnóstico", diz Uday Maitra, professor do Departamento de Química Orgânica do IISc.

Em um artigo publicado na ACS Sensors, O laboratório e colaboradores de Maitra enfrentaram esse desafio. Eles desenvolveram um protocolo de diagnóstico rápido que utiliza uma plataforma luminescente baseada em papel para detectar a presença de bactérias resistentes a antibióticos.

Existem diferentes maneiras pelas quais uma bactéria se torna resistente aos antibióticos. Num deles, a bactéria evolui e pode reconhecer e ejetar o medicamento para fora da sua célula. Noutro, a bactéria produz uma enzima chamada β-lactamase, que hidrolisa o anel β-lactâmico – um componente estrutural chave de antibióticos comuns como a penicilina e o carbapenem – tornando o medicamento ineficaz.

A abordagem desenvolvida pela equipe IISc e JNCASR envolve a incorporação de ácido bifenil-4-carboxílico (BCA) dentro de uma matriz de hidrogel supramolecular contendo colato de térbio (TbCh). Este hidrogel normalmente emite fluorescência verde quando a luz UV incide sobre ele.

"No laboratório, sintetizamos um substrato enzimático ligando o BCA ao anel cíclico [β-lactâmico] que faz parte do antibiótico. Quando você mistura isso com o hidrogel TbCh, não há emissão verde, pois o sensibilizador é 'mascarado ,'" explica Arnab Dutta, Ph.D. estudante do Departamento de Química Orgânica, IISc, e principal autor do artigo.

“Na presença da enzima β-lactamase, o gel produzirá emissão verde. A enzima β-lactamase na bactéria é aquela que abre a droga, destrói e desmascara o sensibilizador BCA. sinalizado por emissão verde."

A luminescência sinaliza a presença de bactérias resistentes a antibióticos e a intensidade da luminescência indica a carga bacteriana. Para bactérias não resistentes, a intensidade verde foi extremamente baixa, tornando mais fácil distingui-las das bactérias resistentes.

O próximo passo foi encontrar uma maneira de tornar a tecnologia barata. Os instrumentos de diagnóstico usados ​​atualmente são caros, o que aumenta o preço dos testes.

A equipe colaborou com uma empresa sediada em Tamil Nadu chamada Adiuvo Diagnostics para projetar um dispositivo de imagem personalizado, portátil e em miniatura, denominado Illuminate Fluorescence Reader. A infusão do hidrogel em uma folha de papel como meio reduziu significativamente o custo. O instrumento está equipado com diferentes LEDs que emitem radiação UV conforme necessário. A fluorescência verde da enzima é capturada por uma câmera embutida, e um aplicativo de software dedicado mede a intensidade, o que pode ajudar a quantificar a carga bacteriana.

A equipe do IISc uniu-se ao grupo de pesquisa de Jayanta Haldar do JNCASR para verificar sua abordagem em amostras de urina. “Usamos amostras de voluntários saudáveis ​​e adicionamos bactérias patogênicas para imitar infecções do trato urinário. O resultado foi produzido com sucesso em duas horas”, explica Maitra.

Como próximo passo, os pesquisadores planejam firmar parceria com hospitais para testar essa tecnologia com amostras de pacientes.

Mais informações: Arnab Dutta et al, Aumentando a vigilância da resistência antimicrobiana:detecção rápida de bactérias resistentes a medicamentos que expressam β-lactamase por meio de luminescência sensibilizada em um hidrogel suportado por papel, Sensores ACS (2023). DOI:10.1021/acssensors.3c02065
Informações do diário: Sensores ACS

Fornecido pelo Instituto Indiano de Ciência