Artykuły dla pacjenta

Nowe technologie wykrywania patogenów bakteryjnych

Zespół RAPTADIAG opracował nowatorski test do diagnozowania bakteryjnego zapalenia opon mózgowych, który może być stosowany do wykrywania wszelkiego rodzaju patogenów bakteryjnych.

W żargonie 7PR przedsięwzięcie RAPTADIAG należy do kategorii „małych lub średnich celowych projektów badawczych”. Jednak w ciągu ostatnich dwóch lat konsorcjum przekształciło nowatorski test do diagnozowania bakteryjnego zapalenia opon mózgowych w coś, co może stać się w pełni rozwiniętą technologią sensoryczną do wykrywania wszelkiego rodzaju patogenów bakteryjnych.

Chociaż sektor poczynił ogromne postępy na przestrzeni ostatnich kilku lat, znaczna część współczesnej medycyny nadal polega na leczeniu objawowym i kosztownych metodach diagnostycznych. W przypadku bakteryjnego zapalenia opon mózgowych (BM), objawy rozwijają się w ciągu trzech do siedmiu dni od zakażenia – jeżeli w ogóle, gdyż niektóre osoby mogą być jedynie nosicielami bakterii i nie chorować. Brak leczenia oznacza 50% ryzyko zgonu, bowiem skuteczność terapii jest uzależniona od tego, na ile wcześnie zostanie podjęta.

Według prof. Mortena A. Geday'a, koordynatora projektu RAPTADIAG (Rapid Aptamer based diagnostics for bacterial meningitis), skuteczność leczenia obniża fakt, że szybka diagnoza jest obecnie możliwa jedynie za pomocą bardzo kosztownych technologii. Uzyskanie dokładnego wyniku za pomocą tych metod jest nie tylko czasochłonne, ale nadto są one na tyle złożone, że mogą być stosowane tylko w dużych placówkach szpitalnych.

We współpracy z partnerami ze Szwajcarii i Danii oraz dzięki dofinansowaniu ze środków UE w wysokości 2,2 mln EUR, prof. Geday postanowił pokonać te przeszkody za pomocą łatwego w użyciu i niedrogiego testu do diagnozowania Neisseria meningitides (inaczej meningokoków) i Streptococcus pneumonia (paciorkowca zapalenia płuc), które odpowiadają za 80% przypadków BM. Naukowiec wraz ze swoim zespołem opracował już trzy przełomowe technologie, między innymi czujnik mikroakustyczno-rezonansowy i czujnik ciekłokrystaliczny, a teraz zamierza wprowadzić prace nad projektem na kolejny szczebel.

W udzielonym wywiadzie prof. Geday wyjaśnia drogę, jaką przebyło jego konsorcjum od rozpoczęcia w 2011 r. prac nad projektem. Omawia także poczynione ustalenia, które skłoniły partnerów do zrewidowania celu projektu – od lepszej diagnostyki BM po wykrywanie znacznie szerszego spektrum bakterii w kontekstach tak zróżnicowanych, jak patogeny przenoszone przez żywność i wodę, które przenikają do łańcucha dostaw żywności, zasoby wodne, a nawet urządzenia klimatyzacyjne.

Na czym polega nowość czy innowacyjność tego testu? Na jakiej zasadzie działa?

Nowe testy diagnostyczne będą szybsze (zabiorą minuty zamiast godzin czy dni) i tańsze (kilka euro zamiast kilkudziesięciu) od obecnie dostępnych technologii. Mają być odpowiedzią na kliniczne zapotrzebowanie na diagnostykę tych chorób o wysokim współczynniku zachorowalności, obniżając ryzyko błędnej diagnozy i nadużywania antybiotyków.

Aby umożliwić rozpoznawanie mikroorganizmów, stosujemy nowatorskie receptory – aptamery – zamiast tradycyjnych przeciwciał. W skrócie aptamery są krótkimi, jednoniciowymi cząsteczkami DNA/RNA, które mogą przybierać strukturę trójwymiarową poprzez wewnątrzniciowe parowanie zasad nukleinowych. Selekcja tej struktury następuje wówczas na podstawie jej wysokiego powinowactwa i specyficzności wiązania do określonego antygenu czy celu.

Równolegle opracowywane są trzy technologie sensoryczne. Pierwsza polega na dostosowaniu komercyjnej biosensorowej technologii fali zanikającej (Eva-sensor) z wykorzystaniem aptamerów w funkcji receptorów zamiast przeciwciał. Dwie bardziej doświadczalne (opracowane na uczelni) technologie są wykorzystywane do opracowania szybkiego testu, który będzie znacznie tańszy, tj. czujnika mikroakustyczno-rezonansowego i czujnika ciekłokrystalicznego. Wyzwanie, które wiąże się z opracowaniem tych dwóch czujników, polega przede wszystkim na wykazaniu możliwości uzyskania czujników mikroakustyczno-rezonansowych o niezbędnej czułości, co pozwoli nam z kolei opracować czujniki ciekłokrystaliczne potrafiące wykrywać pojedyncze komórki.

Jakie główne trudności napotkaliście i jak je rozwiązaliście?

Borykaliśmy się z dwoma problemami: jednym technicznym i jednym naukowym. Niedługo po rozpoczęciu prac jeden z głównych partnerów zbankrutował. To oznaczało, że w ramach projektu nie mieliśmy możliwości opracowywania kluczowych cząsteczek receptorowych, konkretnie aptamerów. Rozwiązanie ostatecznie znalazł inny partner, który przejął ten zakres obowiązków, zatrudniając najważniejszych członków zespołu bankruta. Przeprowadzenie upadłości, przedefiniowanie zakresów obowiązków i ponowne nadanie tempa pracom nad projektem doprowadziło do sześciomiesięcznego opóźnienia. Niemniej niezwykle owocne prace nad czujnikiem ciekłokrystalicznym i rezonatorem mikroakustycznym są bezpośrednim następstwem podjętych wówczas decyzji.

Drugi problem – naukowy – wiązał się z opracowaniem aptamerów specyficznych dla BM. Wraz z postępem prac nad projektem było coraz wyraźniej widać, że niezbędne powinowactwo i specyficzność wiązania do określonych celów sięgnie granic zdolności konsorcjum w jego ówczesnej formie. Na ile odzwierciedla to ograniczenia konsorcjum, a na ile ograniczenia technologii aptamerów nie jest do końca jasne. Obejście problemu polega na wykorzystaniu przeciwciał specyficznych dla BM i istniejących aptamerów ukierunkowanych na alternatywne patogeny w testach i walidacji opracowanych technologii.

A zatem stopniowo odchodziliście od BM, aby skupić się na innych rodzajach patogenów. Jak do tego doszło?

W czasie realizacji projektu stawało się coraz bardziej jasne, że opracowanie tańszego i szybszego sposobu wykrywania BM może pomóc w wykrywaniu, a co za tym idzie ograniczaniu epidemii BM w Trzecim Świecie, podczas gdy oddziaływanie kliniczne na Zachodzie będzie prawdopodobnie ograniczone.

Jednocześnie zdaliśmy sobie sprawę, że technologie opracowywane na potrzeby wykrywania BM mogą odegrać ogromną rolę w wykrywaniu patogenów bakteryjnych w wielu różnych kontekstach, głównie patogenów przenoszonych przez żywność i wodę w łańcuchu dostaw żywności, w zasobach wodnych czy urządzeniach klimatyzacyjnych. Technologie te mogą też utorować drogę nowatorskim sposobom wykrywania patogenów człowieka w ślinie i innych płynach ustrojowych.

W konsekwencji rozmaite propozycje zmierzające do dalszego rozwoju tych technologii zostały zaprezentowane w ostatniej rundzie 7PR i znacznie ambitniejszy projekt – opierający się w pewnym stopniu na doświadczeniach zdobytych w czasie realizacji RAPTADIAG – przechodzi właśnie ewaluację w ramach zaproszenia do programu „Horyzont 2020”.

Na jakim etapie jest realizacja celu dostarczenia co najmniej jednego produktu komercyjnego do końca prac nad projektem?

Projekt jest na dobrej drodze. Czujnik Eva-sensor już jest dostępny w sprzedaży, a firma Davos Diagnostics dowiodła, że jej technologia nadaje się do wykrywania bakterii za pomocą rozpoznawania aptamerów lub w inny sposób. Z drugiej strony zarówno mikrorezonatory, jak i czujniki ciekłokrystaliczne nadal wymagają dopracowania. Te technologie potrzebują solidnego partnera przemysłowego. W świetle sytuacji finansowej, w jakiej znalazła się Hiszpania, mało prawdopodobne jest pozyskanie dofinansowania na firmę typu spin-off z udziałem zaangażowanych naukowców, a zatem musi nastąpić transfer technologii do istniejącego podmiotu. W niedalekiej przyszłości rozpoczniemy wraz z uczelnianym biurem ds. transferu technologii poszukiwanie potencjalnych partnerów.

Czy wyniki projektu spełniają wasze oczekiwania?

Projekt, który pierwotnie miał się zakończyć w czerwcu 2015 r., już osiągnął ogromną liczbę zamierzeń. Dowiedliśmy przydatności aptamerów jako cząsteczek receptorowych patogenów bakteryjnych w czujniku Eva-sensor, co przekłada się na szybkie i łatwe wykrywanie patogenów (zgłoszone już do opatentowania). Jednocześnie technologie bioczujnika mikroakustyczno-rezonansowego już dochodzą do czułości niezbędnej do potencjalnego wykrywania wiązania pojedynczego mikroorganizmu, co stanowi ostateczną granicę wykrywalności. Tymczasem czujnik ciekłokrystaliczny otwiera nową drogę do nadzwyczaj prostej i niedrogiej metody wykrywania za pomocą wizualnego (bez konieczności używania jakiegokolwiek oprzyrządowania!) lub prostego badania optoelektronicznego za pomocą miniaturowych czytników, a nawet aparatu telefonu komórkowego. Rezonatory mikroakustyczne już zostały opisane w rozmaitych recenzowanych czasopismach, natomiast w celu ochrony technologii czujnika ciekłokrystalicznego zostało złożone zgłoszenie patentowe.

Tak więc z punktu widzenia technologicznego opracowywania bioczujników, projekt nawet przeszedł oczekiwania uczestników.

Kiedy realnie rzecz biorąc pacjenci i pracownicy służby zdrowia będą mogli zacząć korzystać z waszego dorobku?

Zwrot z inwestycji dla społeczeństwa zależeć będzie w dużej mierze od konserwatyzmu sektora medycznego. Będzie niezwykle trudno nawet w przypadku naszego gotowego produktu – czujnika Eva-sensor – wywrzeć znaczący wpływ w ciągu najbliższych dwóch lat, mimo iż firma Davos Diagnostics zdobyła w czasie realizacji tego projektu – i w pewnej mierze też dzięki niemu – certyfikat ISO. W perspektywie długofalowej (trzy do pięciu lat), spodziewamy się, że czujnik Eva-sensor stanie się wszechobecny na oddziałach szpitalnych, zapewniając szybsze i łatwiejsze wykrywanie dużej liczby patogenów i innych celów biologicznych. Przyszłość czujników ciekłokrystalicznych i mikro-rezonansowych jest całkowicie uzależniona od partnerów przemysłowych, których zainteresowanie pozyska konsorcjum.

Więcej informacji:

RAPTADIAG
http://www.raptadiag.eu/

data ostatniej modyfikacji: 2015-02-26 14:56:39