Wyniki
Figura 1. Wzrost bakterii wykazujący niejednorodną wrażliwość na antybiotyki
Zróżnicowana wrażliwość na antybiotyki obserwowana w mieszanych społecznościach bakteryjnych (a nawet między komórkami w obrębie populacji gatunków takich jak Escherichia coli czy Pseudomonas aeruginosa) na standardowych płytkach agarowych odzwierciedla heterogeniczne populacje pochodzące z próbek klinicznych. Podkreśla to potrzebę stosowania platform kompartmentalizujących, zdolnych do rozróżniania odpowiedzi wzrostowych w skali pojedynczej komórki oraz pomiaru tempa podziału, co umożliwia szybki i precyzyjny dobór antybiotyków.
Figura 2. Wytwarzanie mikrożeli metodą mikroprzepływową i ich degradacja pod wpływem światła: (a) tworzenie kropel, (b) światło fioletowe, (c) światło zielone (520 nm) oraz (d) inkubacja w ciemności.
Monodyspersyjne, biokompatybilne mikrożele z mostkami disiarczkowymi zostały zaprojektowane z wykorzystaniem mikrofluidyki w celu umożliwienia zewnętrznie kontrolowanej, indukowanej na żądanie degradacji, przy czym eozyna Y pełni funkcję światłoczułego inicjatora. Mikrożele pozostają stabilne przez co najmniej dwa tygodnie w ciemności, natomiast ekspozycja na łagodne światło zielone (520 nm, 30 mW) powoduje ich całkowitą degradację w czasie około 20 minut.
Figura 3. Świecenie fluorescencyjne kropel po 10 minutowej inkubacji w 37 stopniach Celsjusza
Kulki hydrożelu wrażliwe na temperaturę umożliwiają wytworzenie bioreaktorów o pojemności 100 pL w systemie wielokanałowym, w którym krople są indeksowane za pomocą różnych fluoroforów. Ta dwuetapowa procedura pozwala na wytworzenie do 16 emulsji w ciągu 2,5 minuty, a następnie hodowlę bakterii w celu przeprowadzenia testu wrażliwości na antybiotyki (AST).
Figura 4. Układ mikrofluidyczny zintegrowany z laserami, wykorzystywanymi do detekcji.
Analiza rozpraszania światła przez krople o objętości pikolitra umożliwia ilościową ocenę liczby komórek w każdej kropli. Detekcja na chipie została zoptymalizowana w celu skorelowania określonej liczby komórek (np. 0, 25, 50 i 100 komórek) z sygnałami rozpraszania pochodzącymi z poszczególnych kropli przy przepustowości 1,2 kHz.
Obecne prace w dziedzinie mikroprzepływów koncentrują się na badaniach minimalnego stężenia hamującego (MIC) z wykorzystaniem Escherichia coli i różnych antybiotyków, a ich celem jest znaczne skrócenie czasu badania MIC z kilku dni w przypadku protokołów konwencjonalnych do kilku godzin w przypadku testów opartych na kroplach.