Микрочиповая платформа выявляет пробелы в вакцинации и устойчивость к антибиотикам
Ученые из Института фотонных технологий им. Лейбница (Leibniz IPHT) разработали новую диагностическую платформу на основе микрочипов, которая помогает выявлять пробелы в вакцинации и быстро обнаруживать устойчивые к антибиотикам бактерии.
Инновация, созданная в исследовательском кампусе InfectoGnostics в Йене, направлена на ускорение двух критически важных областей общественного здравоохранения: мониторинга иммунитета после вакцинации и более эффективного выявления устойчивых патогенов. В исследовании, опубликованном в Frontiers in Microbiology, показано, что новый чип определяет оптимальные пары антител для диагностики резистентности за несколько дней вместо недель.
«Наша платформа сокращает поиск подходящих антител с нескольких недель до всего нескольких дней», — заявил первый автор исследования Саша Д. Браун. «Это означает, что новые диагностические тесты можно разрабатывать гораздо быстрее — ключевое преимущество в борьбе с устойчивыми к антибиотикам инфекциями».
Борьба с устойчивостью к антибиотикам последнего резерва
Исследование сосредоточено на антителах, нацеленных на бактериальные ферменты, которые инактивируют основные классы антибиотиков. Среди них — карбапенемазы, делающие неэффективными почти все бета-лактамные антибиотики, и MCR-1, который позволяет грамотрицательным бактериям, таким как Escherichia coli, противостоять колистину — одному из немногих оставшихся антибиотиков, когда другие не работают.
В отличие от обычных тестов ELISA, микрочиповая система йенской команды тестирует все антитела одновременно в режимах «захвата» и «детекции». Этот параллельный подход экономит время и устраняет множество ручных этапов. Из 49 протестированных антител около 20% дали сильный воспроизводимый сигнал, подходящий для использования в экспресс-тестах, таких как иммунохроматографические анализы. Цель исследователей — обеспечить надежные результаты теста в течение нескольких минут, сочетая высокую специфичность с высокой чувствительностью.
От кори до COVID-19: визуализация иммунной защиты
Корни платформы восходят к 2022 году, когда исследователи показали, что тот же микрочип может обнаруживать антитела к вакцинным антигенам таких болезней, как корь, столбняк и COVID-19. Визуализируя гуморальный иммунный ответ (образование антител в крови), чип может показать, есть ли у человека достаточная защита после вакцинации.
Достаточно всего капли крови. Антигены патогенов, закрепленные на микрочипе, действуют как молекулярные «ловушки». Когда антитела связываются с этими мишенями, тест показывает наличие защитного иммунитета.
Потребность в таких инструментах растет: по данным ВОЗ и ЮНИСЕФ, в 2024 году в Европейском регионе ВОЗ было зарегистрировано более 127 000 случаев кори — вдвое больше, чем в предыдущем году. Во многих странах уровень вакцинации снизился после пандемии COVID-19.
Новая платформа может помочь быстро и точно выявлять пробелы в иммунитете — например, во время медосмотров перед школой, вакцинационных консультаций или обследований мигрантов с неизвестным прививочным анамнезом.
«Мы хотели создать гибкую тестовую платформу, которая может быстро реагировать на новые угрозы здоровью — будь то новый патоген, пробел в вакцинации или резистентная инфекция», — сказал профессор Ральф Эрихт, руководитель проекта в Leibniz-IPHT и Йенском университете.
Модульный инструмент для науки, диагностики и промышленности
Оба исследования являются частью проекта RESISTOVAC. Цель — разработка открытой модульной мультипараметрической платформы, способной быстро определять как статус вакцинации, так и профили бактериальной резистентности.
Партнерами проекта являются INTER-ARRAY by fzmb GmbH, Senova GmbH и -4H-JENA engineering GmbH. INTER-ARRAY by fzmb внесла вклад в разработку антител и производство микрочипов, а Senova и -4H-JENA engineering предоставили экспертизу в области иммунохроматографических анализов и системной интеграции. Leibniz-IPHT руководил разработкой анализов — от выбора мишеней и установления методов детекции до валидации результатов в практических условиях.
Благодаря модульной архитектуре платформу в любое время можно расширять новыми антителами или целевыми структурами — важное преимущество в условиях роста инфекционных и резистентных заболеваний во всем мире. Технология также будет использоваться в создаваемом Центре фотоники в исследованиях инфекций им. Лейбница (LPI) в Йене. Там ученые и промышленные партнеры будут работать вместе над переводом инноваций в области экспресс-диагностики из лаборатории в реальную медицинскую практику — в больницах, учреждениях первичной помощи или мобильных диагностических пунктах.