Des chercheurs en génie ont développé un appareil de laboratoire miniature de nouvelle génération qui utilise des nano-billes magnétiques pour isoler les minuscules particules bactériennes qui causent des maladies. L'utilisation de cette nouvelle technologie améliore la façon dont les cliniciens isolent les souches d'infections bactériennes résistantes aux médicaments et les microparticules difficiles à détecter telles que celles qui composent Ebola et les coronavirus.
Ke Du et Blanca Lapizco-Encinas, toutes deux professeurs-chercheurs du Kate Gleason College of Engineering du Rochester Institute of Technology, ont travaillé avec une équipe internationale pour collaborer à la conception du nouveau système – un dispositif microfluidique, essentiellement un laboratoire sur un -puce.
Les infections bactériennes résistantes aux médicaments causent chaque année des centaines de milliers de décès dans le monde, et ce nombre ne cesse d'augmenter. D'après un rapport des Nations Unies, les décès causés par la résistance aux antibiotiques pourraient atteindre 10 millions par an d'ici 2050, a expliqué Du.
Il est urgent pour nous de mieux détecter, comprendre et traiter ces maladies. Pour fournir une détection rapide et précise, la purification et la préparation des échantillons sont critiques et essentielles, c'est ce que nous essayons d'apporter. Nous proposons d'utiliser ce nouveau dispositif pour l'isolement et la détection de virus tels que le coronavirus et Ebola. «
Ke Du, professeur adjoint de génie mécanique, Kate Gleason College of Engineering du Rochester Institute of Technology
L'équipe du laboratoire s'intéresse à la détection des infections bactériennes, en particulier dans les fluides corporels. L'un des principaux problèmes de détection est de savoir comment mieux isoler des concentrations plus élevées d'agents pathogènes.
L'appareil est un environnement de laboratoire sophistiqué qui peut être utilisé dans les hôpitaux de campagne ou les cliniques et devrait être beaucoup plus rapide pour collecter et analyser les échantillons que les filtres à membrane disponibles dans le commerce. Ses canaux larges et peu profonds piègent les petites molécules de bactéries qui sont attirées par les microparticules magnétiques emballées.
Cette combinaison des canaux plus profonds sur le nano-appareil, l'augmentation du débit de fluides où les bactéries sont suspendues et l'inclusion de billes magnétiques le long des canaux du dispositif améliorent le processus de capture / isolement des échantillons bactériens. Les chercheurs ont réussi à isoler avec succès les bactéries de divers fluides avec un filtre matriciel à base de microparticules. Le filtre piégeait les particules dans de petits vides dans l'appareil, fournissant une plus grande concentration de bactéries pour l'analyse. Un avantage supplémentaire d'un appareil plus petit comme celui-ci permet de tester plusieurs échantillons en même temps.
« Nous pouvons amener cet appareil portable dans un lac qui a été contaminé par E. coli. Nous serons en mesure de prélever quelques millilitres de l'échantillon d'eau et de le faire passer dans notre appareil afin que les bactéries puissent être piégées et concentrées. Nous pouvons soit détecter rapidement ces bactéries dans l'appareil ou les libérer dans certains produits chimiques pour les analyser « , a déclaré Du, dont les travaux antérieurs portaient sur des appareils qui utilisent la technologie d'édition de gènes CRISPR et la compréhension fondamentale de la dynamique fluidique.
S'associant à Lapizco-Encinas, un ingénieur biomédical spécialisé dans la diélectrophorèse – un processus qui utilise le courant électrique pour séparer les biomolécules – leur collaboration a fourni la capacité accrue vers une meilleure détection des agents pathogènes, en particulier pour l'isolement et la concentration des bactéries et des microalgues.
« Notre objectif n'est pas seulement d'isoler et de détecter les bactéries dans l'eau et le plasma humain, mais aussi de travailler avec des échantillons de sang total pour comprendre et détecter les infections du sang telles que la septicémie. Nous avons déjà un plan concret pour cela. L'idée est d'utiliser une paire de les nano-tamis pour l'isolement séquentiel « , a déclaré Lapizco-Encinas, professeur agrégé au département de génie biomédical du RIT.
Du et Lapizco-Encinas faisaient partie d'une équipe composée d'ingénieurs mécaniques et biomédicaux de Rutgers, de l'Université de l'Alabama, de SUNY Binghamton et de l'Institut Tsinghua-Berkeley Shenzhen en Chine pour relever les défis mondiaux des pandémies de maladies. Les nouvelles données sont publiées dans l'article « Rapid Escherichia coli trapping and retrieval for bodily fluides via a tridimensional perled stack nano-device », dans la revue Matériaux et interfaces appliqués ACS.
La source:
Institut de technologie de Rochester
