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El uso Doppler de los investigadores de observar las células vivas interiores, rastrea su actividad metabólica

El radar Doppler perfecciona vidas mirando a escondidas masas de aire interiores para predecir el tiempo. Las personas de la universidad de Purdue están utilizando tecnología similar a las células vivas del interior de la mirada, introduciendo un método para descubrir patógeno e infecciones de la invitación de las maneras que los científicos nunca tienen antes.

En un nuevo estudio, las personas Doppler usado para escabullirse una ojeada dentro de las células y para rastrear su actividad metabólica en tiempo real, sin tener que esperar culturas para crecer. Usando esta capacidad, los investigadores pueden probar los microbios encontrados en comida, agua, y otros ambientes para ver si son patógeno, o para ayudarles para determinar el remedio correcto para tratar bacterias resistentes a los antibióticos.

David Nolte, profesor de Edward M. Purcell Distinguished de Purdue de la física y de la astronomía; Juan Turek, profesor de ciencias médicas básicas; Eduardo Ximenes, científico de la investigación en el departamento de la ingeniería agrícola y biológica; y Michael Ladisch, profesor distinguido de la ingeniería agrícola y biológica, adaptó esta técnica de su estudio anterior en las células cancerosas en un papel liberado este mes en biología de las comunicaciones.

Usando el financiamiento del National Science Foundation así como del reto grande de la idea del parque del descubrimiento de Purdue, las personas trabajaron con variedades de células inmortalizadas -- células que vivirán para siempre a menos que usted les mate. Expusieron las células a diversos patógeno sabidos, en este caso salmonelas y Escherichia Coli. Entonces utilizaron el efecto de Doppler para espiar fuera cómo las células reaccionaron. Estas células vivas se llaman los “centinelas,” y observando sus reacciones se llama un análisis biodinámico.

“Primero hicimos la proyección de imagen biodinámica aplicada al cáncer, y ahora lo estamos aplicando a otras células de las clases,” Nolte dijo. “Esta investigación es única. Nadie más está haciendo cualquier cosa como él. Por eso es tan intrigante.”

Esta estrategia es ampliamente aplicable cuando los científicos han aislado un microbio desconocido y quieren saber si es patógeno -- dañino a los tejidos vivos -- o no. Tales células pueden aparecer en el suministro de alimentos, fuentes de agua o aún en glaciares recientemente fundidos.

Esto mide directamente si una célula es patógena. Si las células no son patógenas, la señal de Doppler no cambia. Si son, la señal de Doppler cambia muy importante. Entonces usted puede utilizar otros métodos para determinar cuáles es el patógeno. Esto es una manera rápida de informar al amigo del enemigo.”

Michael Ladisch, ingeniería distinguida del profesor, agrícola y biológica, universidad de Purdue

El poder discernir rápidamente si una célula es dañina es increíblemente útil en las situaciones donde la gente encuentra un microorganismo desconocido vivo, permitiendo que los científicos conozcan qué precauciones para tomar. Una vez que se sabe que un microbio es dañino, pueden comenzar los protocolos establecidos que permiten que determinen la identidad específica de la célula y que determinen un antibiótico efectivo contra el microorganismo.

Otra ventaja es la capacidad diagnostica a rápidamente y directamente qué bacterias responden a qué antibióticos. La resistencia antibiótico puede ser un problema devastador en hospitales y otros ambientes a donde los individuos con las carrocerías y los sistemas inmunes ya comprometidos pueden ser expuestos y ser infectados por cantidades cada vez más altas de bacterias resistentes a los antibióticos. Esto da lugar a veces a condiciones potencialmente fatales llamadas sepsia bacteriana, o a septicemia. Esto es diferente de la sepsia viral que se ha discutido con respecto a COVID-19, aunque los científicos dicen sus pasos siguientes incluirán sepsia viral de investigación.

Tratar sepsia es desafiador. El donante de los antibióticos pacientes del amplio-espectro, que suena como una buena idea, no pudo ayudar y podría hacer la situación peor para el paciente siguiente. Permitiendo las bacterias entradas en cerca contacto con los antibióticos que no les matan solamente los hacen más resistentes a ese antibiótico y más difíciles luchar la vez próxima.

Cultivar los tejidos del paciente y el dirigirse hacia adentro en el antibiótico correcto para utilizar pueden tomar tiempo al paciente no tiene, generalmente ocho a 10 horas. Este nuevo proceso biodinámico permite que los científicos pongan las muestras bacterianas del paciente en un arsenal de placas de Petri minúsculas que contienen a los centinelas del tejido y que traten cada muestra con un diverso antibiótico. Usando Doppler, pueden notar rápidamente qué muestras bacterianas tienen cambios metabólicos dramáticos. Las muestras que lo hacen son las que han reaccionado al antibiótico -- las bacterias están muriendo, siendo derrotado y batido detrás por los antibióticos.

“Cuando tratamos con los antibióticos, las bacterias no tienen que multiplicar mucho antes de que comiencen a afectar que a los centinelas del tejido,” Nolte explicó. “Todavía hay demasiado pocas bacterias a ver o a medir directamente, pero comienzan a afectar a cómo los tejidos se comportan, que podemos descubrir con Doppler.”

En menos que mitad del tiempo una cultura tradicional y las tomas de la diagnosis, los doctores podrían informar qué antibiótico a administrar, alentando las ocasiones del paciente para la recuperación. Los investigadores trabajaron de cerca con la oficina del asiento de investigación de Purdue de la comercialización de la tecnología para patentar y para autorizar sus tecnologías. Proyectan explorar más lejos si este método trabajaría para las muestras de tejido expuestas a las células patógenas nonliving o a las esporas secadas, y probar para y tratar sepsia viral.

Source:
Journal reference:

Choi, H., et al. (2021) Doppler imaging detects bacterial infection of living tissue. Communications Biology. doi.org/10.1038/s42003-020-01550-8.