黑科技!通过呼吸就可以测量抗生素水平

【字体: 时间:2021年09月23日 来源:University of Freiburg

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  一个由工程师和生物技术专家组成的团队已经在哺乳动物身上证明,可以通过呼吸样本来确定体内抗生素的浓度。呼吸测量也与血液中的抗生素浓度相对应。该团队的生物传感器——一种允许同时测量多个样本和测试物质的复合芯片——将在未来实现针对现场传染病的个性化给药,并有助于最大限度地减少耐药菌株的发展。

  

该传感器由Can Dincer博士和H. Ceren Ates博士领导的研究小组、FIT Freiburg交互材料和生物灵感技术中心和Wilfried Weber教授开发,合成生物学教授和CIBSS卓越集群——综合生物信号研究中心的演讲团队成员,基于合成蛋白对抗生素反应,从而产生电流变化。研究人员的研究结果发表在《高级材料》杂志上。

此前,研究人员只能在呼吸中检测到抗生素的痕迹

研究人员在接受抗生素治疗的猪的血液、血浆、尿液、唾液和呼吸样本上测试了生物传感器。他们能够证明,用猪血浆中的生物传感器获得的结果与标准医学实验室过程一样准确。在此之前,测量呼气样本中的抗生素水平是不可能的:“直到现在,研究人员只能检测呼吸中抗生素的痕迹。通过我们在微流控芯片上的合成蛋白质,我们可以确定呼吸冷凝液中的最小浓度,它们与血液值相关,”Dincer解释说。

传感器可帮助重症患者保持抗生素水平稳定

面对败血症、器官衰竭甚至死亡等威胁,医生需要将抗生素水平保持在一个个性化的治疗范围内。抗生素使用不当可能会导致细菌变异,导致药物不再起作用:产生抗药性。“在医院里,快速监测抗生素水平将是一个巨大的优势,”Ates说,“可能会将这种方法应用到传统的口罩中。”在弗莱堡大学的另一个项目中,Dincer正在开发可穿戴纸传感器,用于持续测量呼出气体中的生物标志物。计划通过人体样本测试系统来验证抗生素生物传感器的临床试验。

细菌蛋白作为传感器

这种微流控生物传感器的蛋白质可以识别-内酰胺类抗生素,如青霉素,并固定在聚合物薄膜上。样本中感兴趣的抗生素和酶偶联的-内酰胺竞争着结合这些细菌蛋白。这种竞争会产生电流变化——就像在电池中一样:样本中抗生素越多,产生的酶就越少,从而导致可测量电流更低。这一过程基于一种天然受体蛋白,耐药细菌用这种蛋白来检测威胁它们的抗生素。“你可以说,我们正在按照细菌自己的方式打败它们,”韦伯在谈到他的团队开发的过程时说。

Journal Reference:

  1. H. Ceren Ates, Hasti Mohsenin, Christin Wenzel, Regina T. Glatz, Hanna J. Wagner, Richard Bruch, Nico Höfflin, Sashko Spassov, Lea Streicher, Sara Lozano‐Zahonero, Bernd Flamm, Rainer Trittler, Martin J. Hug, Maja Köhn, Johannes Schmidt, Stefan Schumann, Gerald A. Urban, Wilfried Weber, Can Dincer. Biosensor‐Enabled Multiplexed On‐Site Therapeutic Drug Monitoring of Antibiotics. Advanced Materials, 2021; 2104555 DOI: 10.1002/adma.202104555

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