Cảm biến sinh học giám sát nồng độ kháng sinh trong cơ thể

Tối ưu hóa nồng độ kháng sinh

Nhóm nhà khoa học tại Đại học Freiburg, Đức do TS Can Dincer và GS Wilfried Weber dẫn đầu cho rằng, phương án chiến lược làm chậm sự suy giảm hiệu quả của thuốc là tối ưu hóa nồng độ kháng sinh vẫn sử dụng để tránh tình trạng kháng thuốc do không đủ liều.

“Vấn đề kháng thuốc bắt buộc phải đánh giá lại cách chúng ta sử dụng các loại thuốc kháng sinh hiện có,” TS Dincer giải thích. 

Sự thành công của một liệu pháp phụ thuộc vào nồng độ kháng sinh còn lại trong thời gian điều trị cụ thể - phụ thuộc vào cách cơ thể bệnh nhân phản ứng và phân hủy thuốc.

Trong điều trị, những khung hoạt động lâm sàng được xác định trên cơ sở dữ liệu thu thập từ các mô hình động vật và tình nguyện viên khỏe mạnh, với các phạm vi nồng độ kháng sinh chấp nhận được về mặt thống kê: trị liệu dưới mức, điều trị hoặc độc hại.

H. Ceren Ates, nhà nghiên cứu tại Freiburg, tác giả đầu tiên của công trình nghiên cứu cho biết: “Điều đó có nghĩa là, hầu hết thời gian, bệnh nhân không thể nhận được liều tối ưu cho tình trạng bệnh tật. Chúng tôi muốn tối ưu hóa điều trị cho mọi người”.

GS Dincer và Ates tin tưởng rằng, có thể đạt được điều này bằng giải pháp sử dụng đúng liều lượng kháng sinh vào đúng thời điểm trên cơ sở các liệu pháp điều trị phù hợp. 

Chúng ta cần hiểu rõ, thuốc được chuyển hóa trong cơ thể như thế nào, trên cơ sở những thông số như dược động học, tuổi tác hoặc bệnh đi cùng. Nhưng lược đồ cá nhân hóa yêu cầu lấy mẫu và phân tích thường xuyên. 

Cảm biến sinh học vi lỏng

Nhằm giải quyết khó khăn này, nhóm nghiên cứu của TS Dincer phát triển một bộ cảm biến sinh học vi lỏng, không chứa kháng thể  và có độ nhạy cao, có khả năng theo dõi nhanh chóng và chính xác tối đa 4 loại thuốc (có khả năng mở rộng đến 8) trong cơ thể trên cùng một chip (được gọi là miLab).

Chip miLab gồm hai vùng liên tiếp, một vùng cố định và một vùng phát hiện điện hóa được ngăn cách bởi một rào cản ngăn kỵ nước. Chip kết hợp những phân tử sinh học cố định trên mặt bên trong thiết bị, hình thành sự thay đổi tín hiệu điện hóa khi tiếp xúc với các phân tử thuốc được chỉ định.

Nồng độ kháng sinh được định lượng trong những chất nền khác nhau như máu toàn phần, huyết tương, nước tiểu, nước bọt và chất ngưng tụ hơi thở ra.

Thử nghiệm bộ biến sinh học cảm biến (miLab) trên mô hình động vật. Mẫu sinh học được thu thập từ lợn Landrace khi sử dụng không đủ liều, bình thường và quá liều piperacillin / tazobactam, tín hiệu điện hóa được hiển thị trên thiết bị di động.

Một trong những tính năng độc đáo của công nghệ cảm biến, khác với hầu hết các công nghệ tương tự, là khu vực cố định phân tử sinh học tách rời khỏi khu vực phát hiện điện hóa. Do đó bỏ qua được vấn đề nhiễm bẩn điện cực, có thể làm việc với chất lỏng sinh học phức tạp như máu toàn phần, chưa qua xử lý mà không ảnh hưởng đến độ nhạy.

Độ nhạy cao của thiết bị cho phép nhóm nghiên cứu xác định lượng thuốc thậm chí theo dõi lượng thuốc trong hơi thở thở ra, tạo ra breathalyzer (thiết bị đo nồng độ kháng sinh bằng hơi thở). 

Thiết bị đã được chứng minh với các thử nghiệm trên động vật, dự đoán chính xác nồng độ β-lactam trong máu và nước bọt. Nhóm nghiên cứu đang nỗ lực thu nhỏ hệ thống cảm biến thân thiện hơn với người dùng, giảm thời gian từ lấy mẫu xuống còn 30 phút - thiết bị hiện yêu cầu 90 phút.