VUB-onderzoek naar trillingen op nanoschaal baanbrekend voor detectie levende organismen, van schimmels tot onbekende organismen in heelal
Optische nanomotiedetectie-methode gepubliceerd in Science Advances
Vrijdag 10 juli 2020 — De optische nanomotiedetectie-methode die aan de Vrije Universiteit Brussel in samenwerking met de Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (Zwitserland) werd ontwikkeld, toont aan dat levende gistcellen een specifieke celbeweging op nanometerschaal vertonen. Professor Ronnie Willaert en zijn internationale team karakteriseerden dit cellulaire nanomotiepatroon met behulp van een klassieke optische microscoop, uitgerust met een videocamera. Willaert: “Door de celherkenning te automatiseren met behulp van een deep learning-algoritme, kan men handmatige celdetectie vermijden, het aantal geanalyseerde cellen uitbreiden en de verwerkingstijd verkorten.” De eenvoud van de techniek maakt de weg vrij voor talloze toepassingen, waaronder antischimmelgevoeligheidstests, antibioticagevoeligheidstests of zelfs het zoeken naar levende organismen in het heelal. De methode werd gepubliceerd in het gerenommeerde Science Advances.
Schimmels - Candida - besmetten jaarlijks ongeveer 1,2 miljard mensen. De opkomst van nieuwe, resistente soorten is een toenemende bedreiging voor de volksgezondheid. Mee aan de oorzaak van zulke multiresistente ziekteverwekkers ligt het soms onnodig en niet specifiek gebruik van antimicrobiële geneesmiddelen. Om dit te verminderen, is het belangrijk om snel het meest geschikte medicijn te identificeren. Huidige technologieën om resistentie tegen antimicrobiële stoffen te testen zijn betrouwbaar, maar traag en kunnen enkele dagen tot weken duren. Hierdoor wordt vaak toch weer omgeschakeld naar breedspectrum-antimicrobiële stoffen voor een behandeling.
Nanomotiedetectie
De onderzoekers toonden aan dat levende gistcellen een specifieke celbeweging op nanometerschaal (een nanometer is een miljoenste van een millimeter) vertonen. Deze trillingen op nanoschaal – nanomotie - blijken een alomtegenwoordig fenomeen te zijn in levende organismen. De wetenschappers karakteriseerden dit cellulaire nanomotiepatroon met behulp van een klassieke optische microscoop uitgerust met een videocamera. De methode levert snelle resultaten op, vereist geen bevestiging van de cellen op een substraat en is volledig labelvrij. Met deze vrij eenvoudige methode kan men bijvoorbeeld de antischimmelgevoeligheid, de dosis-responscurve en de minimale remmende concentratie voor verschillende klinische Candida-stammen in een paar uren bepalen in plaats van in dagen of weken. Willaert: “De nieuwe techniek kan bovendien snel in vorm van een eenvoudig operationeel mobiel apparaat geïmplementeerd worden in ziekenhuizen of zelfs in dokterspraktijken in ontwikkelingslanden. Hierdoor kan men antischimmelgevoeligheidstesten uitvoeren in de vroegst mogelijke behandelingsfase en de juiste beslissing te nemen voor een gepersonaliseerde effectieve schimmelwerende therapie.”
Toepassingsgebieden
De eenvoud van de techniek maakt de weg vrij voor talloze toepassingen, waaronder gevoeligheidstesten voor antibiotica, gepersonaliseerde geneeskunde voor de selectie van chemo-medicijnen, en de ontdekking van nieuwe fungiciden (bestrijding van schimmelplantenziekte).
Het nanomotiepatroon van levende cellen kan ook worden beschouwd als een handtekening van een levend organisme en daarom zou optische nanomotiedetectie ook kunnen worden gebruikt om leven in het zonnestelsel en daarbuiten te detecteren. “Aangezien de chemische samenstelling van deze organismen onbekend is, zou een chemie-onafhankelijke levensdetector waarschijnlijk een geschikt apparaat zijn om interplanetaire missielandersondes uit te rusten in hun zoektocht naar buitenaardse levende organismen,” besluit Willaert.
Het onderzoek werd uitgevoerd aan de VUB-onderzoeksgroepen Structural Biology Brussels (SBB), Electronics and Informatics - Audio-Visual Processing (ETRO-AVSP) en de International Joint Research Group NanoBiotechnology & NanoMedicine (Vrije Universiteit Brussel—EPFL), en aan het Laboratory of the Physics of Living Matter, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL, Zwitserland).
Meer info
Prof. Ronnie Willaert, [email protected], +32 486 93 15 93
http://nano.vub.ac.be en http://we.vub.ac.be/nl/structural-biology-brussels
Contacteer ons
