Utvecklar nytt verktyg för snabb antibiotikadiagnostik

Dan I. Andersson, professor vid Uppsala universitet leder ett forskningsprojekt med fokus på snabb antibiotikadiagnostik.
– I ansökan utlovade vi en resistens- och artbestämning på mindre än fyra timmar. Det var ambitiöst men nu, i halvtid, tror jag faktiskt vi kommer att klara det.

FN har klassat antibiotikaresistens som ett av världens största hot mot folkhälsan. I ett SSF-finansierat forskningsprojekt kopplat till FN:s Agenda 2030-mål arbetar forskare med att utveckla ett instrument som snabbt kan identifiera olika bakterier, deras antibiotikaresistensprofiler, och lämpliga behandlingsalternativ vid blodinfektioner.
Projektet omfattar flera viktiga delar. Först och främst måste forskarna kunna försäkra sig om att blodproverna är rena från kontaminering. För att åstadkomma detta har de utvecklat ”VeniClean”, en enkel och tidsbesparande metod som säkerställer att provet är rent från bakterier som finns på huden.
Nästa steg handlar om att separera provets bakterier från blodkroppar.
– Detta är en utmaning eftersom en blodinfektion kan innehålla bara några få bakterier per milliliter blod och antalet röda blodkroppar är mycket högre och kan störa analysen, förklarar Dan I. Andersson, professor och föreståndare för Uppsala Antibiotic Center, ett virtuellt, tvärvetenskapligt och multidisciplinärt forskningscentrum.
I syfte att övervinna utmaningen har en forskargrupp vid KTH utvecklat ”smart centrifugering”, en metod som inom en timme kan separera bakterierna från de röda blodkropparna och få en hanterbar nivå av bakterier för analys.
Ytterligare ett steg i processen handlar om att identifiera eventuella bakterier i blodet och vilka antibiotika de är känsliga för.
– Här använder vi oss av mikrofluidik där vi med hjälp av mikroskopi och avancerad bildanalys kan studera bakteriernas tillväxt i närvaro eller frånvaro av olika former av antibiotika. Genom att observera om bakterierna fortsätter att växa eller stannar upp kan vi få svar på deras resistensprofil inom bara några minuter.

Nytt verktyg
För att vässa diagnostiken ännu mer ska en hybridiseringsteknik, som med hjälp av olika infärgningar kan identifiera antibiotikakänslighetsprofilen för olika bakteriearter på mindre än två timmar, adderas till slutprodukten. Här finns redan långt gångna planer på att minska den tiden ytterligare. I ett delprojekt vid Uppsala universitet har forskare utvecklat en lovande metod där man med hjälp av imaging och artificiell intelligens kan urskilja olika antibiotikaarter enbart genom deras visuella egenskaper och tillväxtmönster.
– Denna metod kan potentiellt vara mycket snabbare än den invasiva hybridiseringstekniken som traditionellt används för att identifiera antibiotikaarter, berättar Dan I. Andersson.
Under forskningsprocessen har frågor kring bland annat instabil resistens och vilka kombinationer av antibiotika som fungerar bäst i samverkan uppstått.
– Vi har därför inkluderat RIOT-metoden (Resistance Identification of Outliers Test), som har potential att avslöja denna resistensmekanism.
I ett annat forskningsspår studeras interaktioner mellan olika antibiotika på en klassisk agarplatta.
– Genom att skapa koncentrationsgradienter av tre olika antibiotikum i plattan och sedan tillföra bakterier kan man observera hur olika antibiotikum samverkar och därigenom identifiera vilka kombinationer som har en synergistisk effekt och vilka som kan hämma varandra, berättar Nikolaos Kavalopoulos, forskare vid Uppsala universitet, som varit drivande i utvecklingen av metoden och som är entusiastisk över möjligheterna innovationen kan föra med sig.
– Dagens metoder är både tidskrävande och kostsamma. Genom att erbjuda en kostnadseffektiv och snabb metod kan detta verktyg komma att göra skillnad i klinisk praxis.

Avknoppning
Innovationen har lett fram till bildningen av Rx Dynamics, ett bolag med sikte på att fortsätta utveckla och kommersialisera metoden.
– En framgångsrik implementering inom klinisk mikrobiologi på sjukhus och vårdcentraler skulle kunna minska antibiotikakonsumtionen genom att korrekt behandling kan ges från första början. Detta kan leda till minskad sjukdom och dödlighet, och sannolikt även bromsa utvecklingen av antibiotikaresistens, säger Nikolaos Kavalopoulos.
– Idag förlitar man sig i stor utsträckning på empirisk terapi vid antibiotikabehandling, vilket bidrar till resistensutveckling. En snabb och precisionsinriktad diagnostik är nyckeln till att på lång sikt kunna bromsa resistensutvecklingen, fastslår Dan I. Andersson.