Nowe narzędzie diagnostyczne przyspiesza wykrywanie luk w szczepieniach i oporność bakterii
Jedna kropla krwi wystarcza, aby ocenić, czy odporność poszczepienna utrzymuje się na odpowiednim poziomie. Zespół badawczy z Leibniz-Institut für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT), we współpracy z trzema firmami diagnostycznymi z Turyngii, opracował nową platformę mikroarrayową, która pozwala wykrywać zarówno luki w szczepieniach, jak i antybiotykooporne patogeny w znacznie krótszym czasie. Technologia powstała na InfectoGnostics Forschungscampus Jena i odpowiada na dwa kluczowe wyzwania zdrowia publicznego: utratę kontroli nad poziomem uodpornienia populacji oraz konieczność szybkiej, precyzyjnej identyfikacji infekcji wywołanych przez bakterie oporne na leczenie.
Sascha D. Braun, pierwszy autor publikacji w Frontiers in Microbiology, podkreśla: „Nasza platforma skraca proces poszukiwania odpowiednich przeciwciał z tygodni do kilku dni. Dzięki temu nowe testy można opracować znacząco szybciej – to ogromna przewaga w kontekście narastającej antybiotykooporności.”
Diagnostyka oporności na antybiotyki ostatniej szansy
Badacze skupili się na przeciwciałach umożliwiających identyfikację bakteryjnych enzymów neutralizujących kluczowe klasy antybiotyków. Szczególne znaczenie mają tu karbapenemazy, które unieczynniają niemal wszystkie β-laktamy i stanowią jedno z największych zagrożeń dla współczesnej medycyny. Drugim analizowanym mechanizmem jest MCR-1 – enzym nadający bakteriom Gram-ujemnym, takim jak Escherichia coli, oporność na kolistynę, czyli antybiotyk stosowany w sytuacjach, gdy inne leki zawodzą, zwłaszcza w leczeniu ciężkich infekcji szpitalnych.
Platforma mikroarrayowa z Jeny bada wszystkie przeciwciała równocześnie, testując je zarówno jako „fanger” (cząsteczki wiążące), jak i „detektor”. Eliminacja licznych etapów charakterystycznych dla klasycznych testów ELISA znacząco przyspiesza proces diagnostyczny. Około 20% z 49 analizowanych przeciwciał wykazało silne, powtarzalne sygnały, co czyni je dobrymi kandydatami do szybkich testów, takich jak testy paskowe Lateral-Flow. Ambicją zespołu jest uzyskanie wyników w ciągu zaledwie kilku minut, przy zachowaniu wysokiej czułości i swoistości.
Ocena odporności poszczepiennej: od odry po COVID-19
Już w 2022 roku naukowcy wykazali, że ich technologia umożliwia wykrywanie przeciwciał po szczepieniach lub infekcjach m.in. przeciwko wirusowi odry, tężcowi i SARS-CoV-2. Jej celem jest wizualizacja humoralnej odpowiedzi immunologicznej, czyli ilości przeciwciał wytwarzanych po szczepieniu.
W praktyce wystarcza jedna kropla krwi. Antygeny unieruchomione na chipie działają jako molekularne pułapki, do których przyłączają się odpowiednie przeciwciała.
Nowa funkcjonalność jest szczególnie potrzebna w kontekście aktualnych danych WHO i UNICEF: w 2024 roku w europejskim regionie WHO zgłoszono ponad 127 tys. przypadków odry – dwukrotnie więcej niż rok wcześniej. Spadek wyszczepialności po pandemii COVID-19 dodatkowo pogłębia ryzyko epidemii. Platforma może ułatwić identyfikację luk w szczepieniach, np. podczas badań przedszkolnych, badań profilaktycznych czy wśród osób z niepewną historią szczepień.
Projekt koordynujący badania, prof. Ralf Ehricht z Leibniz-IPHT oraz Uniwersytetu w Jenie, podkreśla: „Chcieliśmy stworzyć elastyczną platformę diagnostyczną, która będzie reagować na nowe zagrożenia zdrowotne – niezależnie od tego, czy będą to nowe patogeny, luki w odporności czy infekcje wywołane przez bakterie oporne.”
Synergia z przemysłem diagnostycznym w Turyngii
Technologia powstała we współpracy z INTER-ARRAY by fzmb GmbH (Bad Langensalza), Senova GmbH (Weimar) oraz -4H-JENA engineering GmbH. INTER-ARRAY odpowiadał za rozwój przeciwciał i mikroarrayów, Senova i -4H-JENA engineering wnosiły doświadczenie w testach LFA oraz integracji systemów diagnostycznych, a Leibniz-IPHT przejął kompleksową procedurę opracowania testu – od wyboru celów molekularnych, przez ustanowienie czułych metod detekcji, aż po walidację w warunkach zbliżonych do realnych.
Badania wpisują się w projekt RESISTOVAC finansowany przez Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR). Celem jest stworzenie modułowej platformy multiparametrycznej zdolnej do szybkiego i równoczesnego wykrywania odporności poszczepiennej oraz bakteryjnej oporności na antybiotyki.
Przyszłość w Leibniz-Zentrum für Photonik in der Infektionsforschung
Modularna architektura platformy umożliwia jej łatwą rozbudowę, co ma istotne znaczenie w obliczu globalnego wzrostu chorób zakaźnych i oporności na antybiotyki. Technologia ma zostać wdrożona w powstającym Leibniz-Zentrum für Photonik in der Infektionsforschung (LPI) w Jenie, gdzie będzie wspierać szybkie przechodzenie innowacyjnych metod diagnostycznych z laboratoriów do zastosowań klinicznych – w szpitalach, gabinetach lekarzy rodzinnych oraz mobilnych punktach diagnostycznych.
Źródło: Frontiers in Microbiology, High-throughput screening of monoclonal antibodies against carbapenemases using a multiplex protein microarray platform
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1650094
