Le infezioni batteriche è meglio affrontarle rapidamente, purtroppo i test di laboratorio per determinare il tipo d’infezione di un paziente sono lenti, quindi se un medico sospetta un’infezione batterica, probabilmente prescriverà un antibiotico ad ampio spettro. In altre parole, un antibiotico che uccide una vasta gamma di batteri che causano malattie. E’ come sparare una scarica di pallettoni piuttosto che colpire con un singolo proiettile come un cecchino e, come tale, ha i suoi svantaggi. Il farmaco potrebbe non funzionare per l’infezione batterica specifica del paziente, è aumentare il problema della resistenza agli antibiotici.
Idealmente, se un medico sospetta che un paziente abbia un’infezione batterica, chiederà loro di fornire un campione (urina, feci, muco) che sarà poi inviato a un laboratorio per l’analisi. Le tecniche diagnostiche tradizionali, come il test Kirby-Bauer con dischetti imbevuti di antibiotici (vedi video sotto), esamineranno la crescita di batteri nel campione alla presenza di antibiotici: un antibiotico è considerato efficace nel trattare l’infezione se ferma i batteri che si moltiplicano sulla capsula di Petri su cui è stata coltivata.
Il test può richiedere fino a 48 ore, il che significa che il trattamento è ritardato, dando ai batteri più tempo per moltiplicarsi. A causa di ciò, questi test spesso non sono eseguiti. Inoltre, questi strumenti basati sulla crescita analizzano contemporaneamente intere popolazioni batteriche costituite da miliardi di batteri, ma i batteri si comportano in modo diverso gli uni dagli altri. Le differenze da cellula a cellula sono fondamentali per definire il successo di un trattamento antibiotico e dovrebbero essere prese in considerazione.
Vi è quindi l’urgente necessità di nuovi metodi per studiare l’effetto degli antibiotici a livello di singolo batterio. Ciò consentirebbe di individuare precocemente l’antibiotico corretto per il trattamento di un’infezione, in modo da rallentare lo sviluppo di resistenza e migliorare la guarigione del paziente. I ricercatori all’Università di York hanno sviluppato un test di questo tipo.
Studio per sviluppare il nuovo strumento di test
I batteri sono strutture complesse. Svolgono continuamente compiti come nuotare, dividere, raccogliere sostanze nutritive, comunicare chimicamente, mantenere la loro forma e molto altro ancora. I ricercatori hanno detto:
«Ci siamo chiesti se gli antibiotici interferiscono in modo evidente con una qualsiasi di queste funzioni. C’è un forte interesse tra i ricercatori e i medici nell’esplorare diverse misure dell’azione di un antibiotico, potrebbero rendere i test potenzialmente più veloci di quelli basati sulla crescita, così abbiamo deciso di concentrarci su come nuotano i batteri e la loro forma. Per fare questo, abbiamo utilizzato strumenti della microfluidica, la scienza della manipolazione dei fluidi su scala microscopica.
Abbiamo fabbricato una serie di piccole trappole a coppa su un semplice vetrino, per analizzare come i movimenti e le forme dei batteri sono influenzati dagli antibiotici. E’ stato utilizzato un microcanale per sigillare il dispositivo e iniettare e manipolare soluzioni per far nuotare i batteri.
Ogni trappola è abbastanza piccola da catturare un singolo batterio che vi nuota dentro. Centinaia di trappole aiutano a esaminare allo stesso tempo molti batteri intrappolati. Una volta catturati, ne abbiamo monitorati i movimenti e la forma, uno per uno, esponendoli ad antibiotici.
Fondamentalmente, la maggior parte dei batteri sani sono ottimi nuotatori, ciò è importante per la loro ricerca di sostanze nutritive e per la colonizzazione delle superfici. Inoltre, sono eccezionali nel mantenere la forma del loro corpo.
I nostri esperimenti hanno rivelato che i farmaci efficaci nel sopprimere la crescita interferiscono con il movimento e la forma dei batteri; solo questi antibiotici rendono i batteri deboli e incapaci di nuotare attivamente. Deformano anche gli organismi causandone l’accorciamento, l’allungamento, la piegatura o la rotazione, quindi, al contrario, i cambiamenti sia nella forma sia nel nuoto suggeriscono un antibiotico efficace.
Usando questa “stenografia” in un’ora siamo stati in grado di individuare i farmaci efficaci. E’ un grande miglioramento rispetto agli attuali metodi basati sulla crescita che richiedono 24-48 ore».
Potenziale per un rapido dispositivo clinico
I ricercatori in conclusione hanno detto:
«Il vero vantaggio del nostro metodo deriva da un cambiamento di prospettiva: non stiamo guardando alla crescita. Coltivare una colonia a miliardi richiede giorni e nasconde le differenze individuali tra i batteri. Abbiamo invece dimostrato che gli antibiotici, nei test tradizionali, sono efficaci nell’inibire la crescita, ostacolano i movimenti dei batteri e li deformano nel giro di poche ore. Inoltre, la capacità di analizzare i singoli batteri significa che i medici non devono aspettare che si moltiplichino, permette loro di studiare le differenze da cellula a cellula.
Il nostro dispositivo potrebbe essere sviluppato in uno strumento clinico, rapido per valutare l’antibiotico più efficace da utilizzare per una determinata infezione. Immaginate di andare dal vostro medico con un campione. Il medico di famiglia inietterà il campione in un dispositivo costituito da diversi microcanali con migliaia di trappole. Diversi antibiotici sarebbero iniettati in ogni canale, allo stesso tempo, il software individualmente monitorerebbe automaticamente i movimenti e la forma dei batteri intrappolati.
Il medico poiché il farmaco più efficace influenzerà il nuoto e la forma più velocemente della crescita, non ha bisogno di aspettare che i batteri si moltiplichino. In un paio d’ore, sarebbe in grado di identificare l’antibiotico più efficace per l’infezione specifica e prescriverlo.
Solo affidandoci a tali metodi alternativi per il futuro possiamo prevenire l’uso eccessivo di antibiotici e preservare il loro potere, rallentando l’evoluzione batterica. La ricetta è: il farmaco giusto, al paziente giusto, al momento giusto. La nostra nuova tecnica permette proprio questo».