До сих пор измерение уровней антибиотиков в образцах выдыхаемого воздуха было невозможно. Исследователи могли обнаруживать только следы этих препаратов в выдыхаемом воздухе. Однако ученым из Университета Фрайбурга удалось создать микрожидкостный биосенсор, который содержит синтетические белки, способные распознавать бета-лактамные антибиотики.
Исследователи протестировали биосенсор на образцах крови, плазмы, мочи, слюны и дыхания свиней, получавших антибиотики. Они смогли показать, что результаты, полученные с помощью биосенсоров в дыхании свиней, были такими же точными, как и стандартный лабораторный анализ крови. Другими словами, новый микрожидкостный чип оказался способен определять наименьшие концентрации антибиотика в конденсате выдыхаемого воздуха, а они очень точно соотносятся с уровнем препарата в крови.
Примечательно, что принцип действия биосенсора ученым подсказали бактерии, которые стали устойчивыми к антибиотикам. В своем устройстве они использовали синтетический белок, аналогичный тому рецепторному белку, который устойчивые бактерии используют для обнаружения антибиотиков, которые им угрожают. Антибиотик в образце дыхания и связанный с ферментом бета-лактам конкурируют за связывание этих белков. Эта конкуренция вызывает изменение тока — как в батарее: чем больше антибиотика присутствует в образце, тем меньше ферментного продукта вырабатывается, что приводит к более низкому измеряемому току.
Это изобретение может оказаться очень востребованным в клинической практике. Врачам часто необходимо поддерживать уровень антибиотиков в пределах индивидуального терапевтического диапазона для пациентов, страдающих тяжелыми инфекциями, с риском таких угроз, как сепсис и органная недостаточность. Кроме того, неадекватное введение антибиотиков, например, их низкая концентрация в крови может привести к мутации бактерий, так что они станут устойчивыми к лекарствам. А быстрый и неинвазивный мониторинг уровня антибиотиков помог бы этого избежать.
Сегодня изобретатели нового биосенсора уже планируют клинические испытания для его проверки на человеческих образцах.
Использованы фото Shutterstock/FOTODOM UKRAINE
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