EXCLUSIV. Mănușă INTELIGENTĂ, permite identificarea unor bacterii patogene. Invenţie a cercetătorilor de la UMFIH Cluj-Napoca

O mănușă inteligentă, care permite identificarea prezenţei unor bacterii patogene în probe de apă, a fost inventată de cercetătorii de la UMF ”Iuliu Hațieganu” Cluj-Napoca, aceasta având aplicabilitate în caz de dezastre naturale – cutremure sau inundații, pentru testarea contaminării accidentale, dar care poate fi utilizată și pentru detectarea bacteriilor din ape de suprafaţă şi fântâni, în zone fără apă potabilă.

Detectarea rapidă a bacteriilor

Echipa Grupului de cercetare Bioelectrochimie și Biosenzori din cadrul Disciplinei de Chimie Analitică a UMFIH, coordonată de Prof. dr. Cecilia Cristea, a participat din anul 2020 în proiectul european PathoCert, în cadrul căruia s-au dezvoltat mai multe dispozitive printre care si  senzori electrochimici, pentru detectarea unor bacterii patogene prin intermediul amprentelor electrochimice, mai precis prin detectarea factorilor de virulenţă.

”Până în acest moment am pus la punct senzorii care permit detectarea bacteriilor patogene Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella sp şi a Staphylococcus aureus din ape de suprafață.

Ȋn final, ne dorim să dezvoltăm o baterie de 6 senzori pentru 6 bacterii, deci un dispozitiv rapid de detecție simultană a acestora, care să permită obţinerea răspunsului într-un interval de sub 4 minute, comparativ cu metodele curente, bazate pe culturi de laborator, care durează 12 – 18 ore sunt rapide si sensibile.

Senzorii dezvoltaţi până în prezent au permis determinarea bacteriilor menţionate din probe de apă, o aplicaţie de interes mai ales în condițiile în care există zone în România în care nu există apă potabilă și se folosesc puțuri de aducțiune sau fântâni.

Proiectul dezvoltat nu a fost destinat strict României, ci este vorba de un proiect european de tip Horizon 2020, iar partenerii din proiect sunt din mai multe țări europene, cum ar fi Spania, Cipru, Grecia, Olanda, dar si Coreea de Sud.

Vă daţi seama că dezvoltarea unui astfel de dispozitiv rapid este deosebit de importantă”, a explicat Prof. Dr. Cecilia Cristea pentru Cluj24.

Colaborarea cu un renumit profesor american

Aceasta a precizat că ideea mănușii inteligente a apărut în 2015, dupa  tragedia de la Clubul Colectiv din București, când au murit foarte mulţi pacienti  tineri în spitale, ”colonizați cu toate bacteriile posibile”, fiind victime ale infecţiilor intraspitaliceşti.

”În anul 2017, am beneficiat de un stagiu de cercetare în laboratorul domnului profesor Joseph Wang de la Universitatea California din San Diego, Statele Unite ale Americii, profesor care este în prezent cel mai citat cercetător pe partea de biosenzori și senzori electrochimici purtabili.

Cercetătorii americani sunt foarte bine orientați către cercetare aplicativă, având acces atât la surse de finanţare, cât şi la infrastructură de cercetare modernă.

În perioada petrecută în laboratorul profesorului Wang, am fost uimită să văd numărul mare de colaborări ale grupului cu firme şi companii private, dar şi frecvența întâlnirilor pe care acesta o avea acesta cu reprezentanţii companiilor interesate să investească în cercetare.

Erau cel puțin 3 companii în fiecare zi care veneau cu probleme pentru care solicitau soluții din partea cercetătorilor. Bineînţeles că cercetarea era susţinută financiar integral de firmele respective, urmând ca acestea să fie beneficiarii principali ai soluţiilor rezultate.

Ȋn plus, o mare parte din finanţarea din cadrul grupului coordonat de profesorul Wang, provine din proiecte derulate pentru Guvernul SUA si diversele departamente ale acestuia, dar și de companii private.

Dispozitiv rapid

Discutând cu profesorul Wang, mi-a venit ideea dezvoltării unui dispozitiv foarte rapid, util pentru rezolvarea problemei importante cu care se confruntă sistemul medical nu doar din ţara noastră şi anume răspândirea bacteriilor patogene, și mai ales a celor care au dezvoltat rezistenţă la dezinfectante sau antibioterapie.

Metodele actuale, bazate pe metoda difuzimetrică, durează foarte mult timp, iar în momentul în care este vorba de un bolnav în stare gravă, mai ales un mare ars, o metodă rapidă de identificare a prezentei bacteriilor poate schimba decisiv atât tratamentul cât şi şansele pacientului de vindecare.

I-am propus să încercăm să facem o mănușă inteligentă, cu senzorii electrochimici imprimaţi pe degete, care ar fi foarte ușor de utilizat de către medici sau personalul din spitale”, a subliniat coordonatorul echipei de cercetători de la UMFIH Cluj-Napoca.

Test rapid de avertizare

Astfel, s-a început proiectul în cadrul căruia s-a reușit amprentarea electrochimică şi identificarea bacteriilor patogene Escherichia coli și Pseudomonas aeruginosa prin intermediul unor factori de virulență, dar în momentul în care s-a dorit validarea rezultatelor pe probe din spital, acest lucru a fost imposibil.

”Prin urmare, am intrat în acest consorțiu internaţional, în cadrul proiectului PathoCert, unde s-a pornit de la premisa riscului de contaminare bacteriană care poate să aparaă în momentul în care are loc un cutremur masiv sau sunt inundații de amploare  si a interventiei rapide a salvatorilor, în primul rând pompierii sau personalul aflat în misiuni de salvare, astfel încât riscurile asumate de aceştia să fie minime.

Coordonatorul proiectului a analizat solicitările utilizatorilor finali şi s-a stabilit modul în care se doreşte echiparea operatorilor de pe teren astfel încât, dacă se întâmplă o contaminare masivă cu bacterii, aceasta să fie detectată într-un interval foarte scurt și să avertizeze populația în timp util”, a menționat Prof. Dr. Cecilia Cristea.

Cercetătorul clujean a precizat că echipa pe care o coordonează a făcut parte dintr-o echipă multinaţională care s-a ocupat de activităţile dintr-un pachet de lucru în care s-a propus dezvoltarea a trei dispozitive, toate având ca obiectiv detectarea Escherichia coli, dar cu trei metode diferite, metoda dezvoltată în cadrul UMFIH fiind cea de avertizare, dar şi singura care a permis detectarea simultană a Escherichia coli si a Pseudomonas Aeruginosa.

Test rapid de avertizare

”Ȋn cadrul echipei UMFIH nu s-a vizat neapărat analiza cantitativă, ci dezvoltarea unui test rapid de avertizare, deci identificarea rapida a prezenţei celor două bacterii .

În probele de apă care au fost analizate este un număr foarte mare de colonii de Escherichia coli sau Pseudomonas aeruginosa, astfel că dispozitivul dezvoltat de noi a permis analiza rapidă, urmând ca  celelalte două tehnici dezvoltate de partenerii noștri din Olanda și din Suedia, care au posibilitatea de a analiza cantitativ, să determine dacă în probă sunt 12 bacterii sau 12 milioane de colonii, deci să vină cu această parte de detecție cantitativă, realizată într-un timp mai lung (30 minute, respectiv 2 ore).

Ȋn cadrul proiectului PathoCert am avut şansa să validăm senzorii dezvoltaţi de noi pe diverse probe de apă: apă potabilă, apă de suprafață, apă din lacuri, sau apă de mare.

Echipele de utilizatori finali din proiect s-au pregătit și au gândit diferite scenarii pentru a stabili cum trebuie să acționeze în caz de dezastre.

Am participat la aceste scenarii în Granada, în Salonic, în Cipru, la Limassol, dar şi în Bulgaria, iar demonstraţiile noastre au fost încununate de succes şi au fost foarte apreciate”, a mai subliniat coordonatorul Grupului de cercetare Bioelectrochimie și Biosenzori din cadrul Disciplinei de Chimie Analitică.

Cerere de brevet depusă la OSIM

Prof. Dr. Cecilia Cristea a precizat că au fost trei scenarii în care mănușa inteligentă şi senzorii electrochimici dezvoltaţi de către echipa de la UMFIH Cluj-Napoca au fost testați pe probe reale, după ce, în prealabil, s-a realizat o validare intra-laboratoare, iar electrozii și dispozitivul portabil au fost trimise în Spania şi în Olanda la trei parteneri din proiect.

”Tehnologia este destul de matură, în prezent fiind inclusă într-o cerere de brevet de invenţie depusă la OSIM.

Dorim să mergem și mai departe, pentru că mai avem un proiect, coordonat de colega mea șef de lucrări dr. Andreea Cernat, pentru detecția Staphylococcus aureus din probe biologice”, a mai menționat Prof. Dr. Cecilia Cristea.

De la mănușă la stick

Cercetătorii clujeni au avansat cu proiectul și s-a trecut de la mănușa inteligentă la dispozitivul denumit în proiect PathoTEStick, reprezentat de un stick inteligent care se cuplează la un minipotențiostat, alimentat şi operat cu ajutorul telefonului mobil.

”Stick-ul se introduce în proba de apă, ser, sau în alte probe biologice și în mai puţin de 4 minute avem răspunsul privind prezenţa sau absenţa bacteriilor în proba analizată.

Există şi un soft pe care l-au dezvoltat partenerii din Cipru adaptat pentru nevoile proiectului şi ale utilizatorilor finali.

Sistemul nu realizează o detecție cantitativă, ci doar semnalează  faptul că în apă există Escherichia coli şi Pseudomonas aeruginosa, și asta se poate face simultan, ceea ce este încă un beneficiu important al acestui dispozitiv.

Detectarea a 6 bacterii

Scopul nostru este să reuşim detectarea simultană a 6 bacterii patogene şi le vom selecta pe cele care pun mari probleme în practică, iar acest deziderat se doreşte să fie realizat cu ajutorul senzorilor noștri.

Avem în prezent mănuşa cu trei celule electrochimice imprimate pe trei degete, care permit detectarea rapidă a trei bacterii. simultană a trei analiţi de interes.

Se poate face detectarea din apă, dar și de pe o suprafață solidă, caz în care este nevoie de o picătură de gel care să înlocuiască electrolitul lichid și de un timp de contact de minim 40 de secunde.

Conceptul iniţial a fost realizat în 2017, dar, în timp, totul va fi miniaturizat şi adaptat în funcţie de nevoile utilizatorilor finali.

Pentru a dezvolta un potențiostat miniaturizat am avea nevoie de o echipă tehnică, și aici intervine necesitatea interdisciplinarității în cercetarea aplicativă”, a conchis Prof. Dr. Cecilia Cristea.