Une plateforme papier développée par des chercheurs de l'Institut indien des sciences (IISc) et du Centre Jawaharlal Nehru pour la recherche scientifique avancée (JNCASR) pourrait aider à détecter rapidement la présence de bactéries pathogènes résistantes aux antibiotiques.

L’un des plus grands défis de l’humanité a été la prolifération de bactéries pathogènes résistantes aux antibiotiques. Leur émergence a été alimentée par la mauvaise utilisation et la surutilisation des antibiotiques.

Une poignée de ces bactéries, dont E. coli et Staphylococcus aureus, ont causé plus d'un million de décès, et ces chiffres devraient augmenter dans les années à venir, selon l'Organisation mondiale de la santé. Un diagnostic rapide peut améliorer l'efficacité du traitement.

"En général, le médecin diagnostique le patient et lui donne des médicaments. Le patient les prend ensuite pendant 2 à 3 jours avant de se rendre compte que le médicament ne fonctionne pas et retourne chez le médecin. Même en diagnostiquant que la bactérie est résistante aux antibiotiques à partir du sang ou Les analyses d'urine prennent du temps. Nous voulions réduire ce délai de diagnostic", explique Uday Maitra, professeur au Département de chimie organique, IISc.

Dans un article publié dans ACS Sensors Le laboratoire et les collaborateurs de Maitra ont relevé ce défi. Ils ont développé un protocole de diagnostic rapide qui utilise une plateforme sur papier luminescent pour détecter la présence de bactéries résistantes aux antibiotiques.

Il existe différentes manières par lesquelles une bactérie devient résistante aux antibiotiques. Dans l’un, la bactérie évolue et peut reconnaître et éjecter le médicament hors de sa cellule. Dans une autre, la bactérie produit une enzyme appelée β-lactamase, qui hydrolyse le cycle β-lactame, un composant structurel clé des antibiotiques courants comme la pénicilline et le carbapénème, rendant le médicament inefficace.

L'approche développée par l'équipe IISc et JNCASR consiste à incorporer de l'acide biphényl-4-carboxylique (BCA) au sein d'une matrice d'hydrogel supramoléculaire contenant du cholate de terbium (TbCh). Cet hydrogel émet normalement une fluorescence verte lorsqu'il est exposé à la lumière UV.

"En laboratoire, nous avons synthétisé un substrat enzymatique en attachant le BCA au cycle cyclique [β-lactame] qui fait partie de l'antibiotique. Lorsque vous le mélangez avec de l'hydrogel de TbCh, il n'y a pas d'émission verte car le sensibilisateur est " masqué ". ", explique Arnab Dutta, Ph.D. étudiant au Département de chimie organique, IISc, et auteur principal de l'article.

"En présence de l'enzyme β-lactamase, le gel produira une émission verte. L'enzyme β-lactamase dans la bactérie est celle qui ouvre le médicament, détruit et démasque le sensibilisateur BCA. Ainsi, la présence de β-lactamase est signalé par une émission verte."

La luminescence signale la présence de bactéries résistantes aux antibiotiques et l'intensité de la luminescence indique la charge bactérienne. Pour les bactéries non résistantes, l'intensité verte s'est avérée extrêmement faible, ce qui permet de les distinguer plus facilement des bactéries résistantes.

L’étape suivante consistait à trouver un moyen de rendre la technologie peu coûteuse. Les instruments de diagnostic actuellement utilisés sont coûteux, ce qui fait grimper le prix des tests.

L'équipe a collaboré avec une société basée au Tamil Nadu appelée Adiuvo Diagnostics pour concevoir un dispositif d'imagerie personnalisé, portable et miniature, nommé Illuminate Fluorescence Reader. Infuser l’hydrogel dans une feuille de papier comme support a réduit considérablement le coût. L'instrument est équipé de différentes LED qui émettent un rayonnement UV selon les besoins. La fluorescence verte de l'enzyme est capturée par une caméra intégrée et une application logicielle dédiée mesure l'intensité, ce qui peut aider à quantifier la charge bactérienne.

L'équipe de l'IISc s'est associée au groupe de recherche de Jayanta Haldar du JNCASR pour vérifier leur approche sur des échantillons d'urine. "Nous avons utilisé des échantillons provenant de volontaires sains et ajouté des bactéries pathogènes pour imiter les infections des voies urinaires. Le résultat a été obtenu en deux heures", explique Maitra.

Dans la prochaine étape, les chercheurs prévoient de s'associer avec des hôpitaux pour tester cette technologie avec des échantillons de patients.

Plus d'informations : Arnab Dutta et al, Augmentation de la surveillance de la résistance aux antimicrobiens :détection rapide des bactéries résistantes aux médicaments exprimant la β-lactamase grâce à une luminescence sensibilisée sur un hydrogel sur papier, Capteurs ACS (2023). DOI : 10.1021/acsensors.3c02065

Informations sur le journal : Capteurs ACS

Fourni par l'Institut indien des sciences