ウェストラファイエット、インディアナ州—ドップラーレーダーは、気団の中を覗いて天気を予測することで生活を改善します。 パデュー大学のチームは、同様の技術を使用して生細胞の内部を調べ、科学者がこれまでにない方法で病原体を検出し、感染症を治療する方法を導入しています。

新しい研究では、チームはドップラーを使用して細胞内を覗き見し、培養物が成長するのを待たずにリアルタイムで代謝活動を追跡しました。 この能力を使用して、研究者は食品、水、およびその他の環境で見つかった微生物をテストして、それらが病原体であるかどうかを確認したり、抗生物質耐性菌を治療するための適切な薬を特定するのに役立てることができます。

デビッド・ノルテ、パーデュー大学のエドワード・M・パーセル物理学および天文学の著名な教授。 ジョン・トゥレク、基礎医学の教授。 エドゥアルド・シメネス、農業生物工学科の研究科学者。 農業生物工学の著名な教授であるMichaelLadischは、今月発表された論文で、癌細胞に関する以前の研究からこの技術を採用しました。 コミュニケーション生物学.

チームは、国立科学財団とパデュー大学のディスカバリーパークビッグアイデアチャレンジからの資金を使用して、不死化した細胞株、つまり、殺さない限り永遠に生きる細胞を扱いました。 彼らは細胞をさまざまな既知の病原体、この場合はサルモネラ菌と大腸菌にさらしました。 次に、ドップラー効果を使用して、細胞がどのように反応したかをスパイしました。 これらの生細胞は「センチネル」と呼ばれ、それらの反応を観察することはバイオダイナミックアッセイと呼ばれます。

「最初に癌に適用されたバイオダイナミックイメージングを行いましたが、現在は他の種類の細胞に適用しています」とNolte氏は述べています。 「この研究はユニークです。 他の誰もそのようなことをしていません。 それがとても興味をそそる理由です。」

この戦略は、科学者が未知の微生物を分離し、それが病原性（生体組織に有害）であるかどうかを知りたい場合に広く適用できます。 このような細胞は、食料供給、水源、さらには最近溶けた氷河にも現れる可能性があります。

「これは、細胞が病原性であるかどうかを直接測定します」とラディッシュは言いました。 「細胞が病原性でない場合、ドップラー信号は変化しません。 そうである場合、ドップラー信号は非常に大きく変化します。 次に、他の方法を使用して、病原体が何であるかを特定できます。 これは、敵と友達を区別する簡単な方法です。」

細胞が有害であるかどうかをすばやく識別できることは、人々が生きている未知の微生物に遭遇する状況で非常に役立ち、科学者はどのような予防策を講じるべきかを知ることができます。 微生物が有害であることがわかったら、細胞の特定のアイデンティティを決定し、微生物に対する効果的な抗生物質を決定することを可能にする確立されたプロトコルを開始できます。

もう19つの利点は、どの細菌がどの抗生物質に反応するかを迅速かつ直接診断できることです。 抗生物質耐性は、すでに体や免疫系が損なわれている個人がますます大量の抗生物質耐性菌にさらされ、感染する可能性がある病院やその他の環境では壊滅的な問題になる可能性があります。 時々、これは細菌性敗血症または敗血症と呼ばれる潜在的に致命的な状態をもたらします。 これは、COVID-XNUMXに関連して議論されたウイルス性敗血症とは異なりますが、科学者たちは、次のステップにはウイルス性敗血症の調査が含まれると述べています。

敗血症の治療は困難です。 患者に広域抗生物質を投与することは良い考えのように聞こえますが、役に立たない可能性があり、次の患者の状況を悪化させる可能性があります。 バクテリアを殺さない抗生物質と密接に接触させることは、バクテリアをその抗生物質に対してより耐性にし、次回の戦いをより困難にするだけです。

患者の組織を培養し、使用する正しい抗生物質に戻るには、患者が持っていない時間、通常は10〜XNUMX時間かかる場合があります。 この新しいバイオダイナミック農法により、科学者は患者の細菌サンプルを組織センチネルを含む一連の小さなペトリ皿に入れ、各サンプルを異なる抗生物質で処理することができます。 ドップラーを使用すると、どの細菌サンプルに劇的な代謝変化があるかをすばやく確認できます。 実行するサンプルは、抗生物質に反応したサンプルです。細菌は死にかけ、抗生物質によって打ち負かされ、打ち返されます。

「抗生物質で治療する場合、細菌が組織の歩哨に影響を及ぼし始める前に、細菌がそれほど増殖する必要はありません」とノルテは説明しました。 「まだ細菌が少なすぎて直接測定したり測定したりすることはできませんが、組織の挙動に影響を及ぼし始めています。これはドップラーで検出できます。」

従来の文化と診断にかかる時間の半分未満で、医師はどの抗生物質を投与するかを判断でき、患者の回復の可能性を高めます。 研究者たちは、パデュー大学技術商業化局と緊密に協力して、技術の特許を取得し、ライセンスを取得しました。 彼らは、この方法が非生物病原性細胞または乾燥胞子に曝露された組織サンプルに対して機能するかどうかをさらに調査し、ウイルス性敗血症をテストおよび治療することを計画しています。

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パデュー大学について

パデュー大学は、今日の最も困難な課題に対する実用的なソリューションを開発しているトップの公的研究機関です。 US News＆World Reportによって米国で第5位の最も革新的な大学にランクされたパデューは、世界を変える研究とこの世のものとは思えない発見を提供します。 Purdueは、実践的かつオンラインの実社会での学習に取り組んでおり、すべての人に変革をもたらす教育を提供しています。 手頃な価格とアクセシビリティに取り組んでいるPurdueは、授業料とほとんどの料金を2012-13レベルで凍結し、これまで以上に多くの学生が無借金で卒業できるようにしています。 https：/で、Purdueが次の大きな飛躍の持続的な追求で止まることはない方法をご覧ください/パデュー。edu /.

抽象

ドップラーイメージングは​​、生体組織の細菌感染を検出します

Honggu Choi、Zhe Li、Zhen Hua、Jessica Zuponcic、Eduardo Ximenes、John J. Turek、Michael R. Ladisch、David D. Nolte

不死化細胞株から増殖した生きた3Din vitro組織培養は、病原菌が組織に侵入するときに生きた歩哨として機能します。 感染は、感染細菌による正常な細胞機能の破壊によって引き起こされるセンチネル細胞の細胞内動態の変化を通じて報告されます。 ここでは、感染した歩哨のドップラーイメージングが感染の動的特性を示しています。 侵襲性のSalmonellaenterica serovarEnteritidisとListeriamonocytogenesは多細胞腫瘍スフェロイドを貫通しますが、EscherichiacoliとListeriainnocuaの非侵襲性株は細胞外で分離されたままであり、異なるドップラーシグネチャーを生成します。 細胞内輸送によって引き起こされる相分布は、細菌の侵入のレビーアルファ分光法を導入して、レビー統計を表示します。 時間依存のドップラーシフトによって監視される感染したスフェロイドの抗生物質治療は、薬剤耐性株と非耐性株を区別することができます。 生体組織センチネルの細胞内ドップラー分光法のこの使用は、抗生物質耐性の出現を研究するための潜在的に重要な新しいクラスの微生物アッセイを開きます。