Método de luz láser utiliza imágenes asistidas por IA para identificar bacterias en fluidos

Las técnicas de cultivo tradicionales comúnmente utilizadas a menudo requieren varias horas o incluso días para completarse. Ahora, un enfoque revolucionario promete ofrecer análisis microbianos más rápidos, más precisos y rentables de casi cualquier fluido que se desee analizar en busca de microbios en un instante.

Científicos de la Universidad de Stanford (Stanford, CA, EUA) crearon una adaptación innovadora de la tecnología en una antigua impresora de inyección de tinta y la combinaron con imágenes asistidas por IA para desarrollar una forma más rápida y económica de detectar bacterias en la sangre, aguas residuales y más. El método consiste en hacer brillar un láser sobre una gota de sangre, moco o aguas residuales, y luego usar la luz que se refleja para identificar positivamente bacterias en la muestra. La nueva prueba se puede realizar en cuestión de minutos y ofrece la esperanza de una detección rápida y mejorada de infecciones, una utilización más eficaz de antibióticos, productos alimenticios más seguros, vigilancia ambiental mejorada y procesos de desarrollo de fármacos más rápidos.

La novedad de este descubrimiento no radica en el hecho de que las bacterias posean huellas espectrales únicas, algo que se ha establecido durante años, sino en cómo el equipo de investigación ha logrado extraer estos espectros en medio de la cegadora matriz de luz que emana de cada muestra. Un solo mililitro de sangre puede contener miles de millones de células, de las cuales solo una pequeña fracción puede ser microbios. Por lo tanto, el desafío fue identificar una forma de distinguir y amplificar exclusivamente la luz que emana únicamente de las bacterias. El equipo siguió diferentes métodos científicos, combinando una tecnología informática de décadas de antigüedad, la impresora de inyección de tinta, con dos de las tecnologías más avanzadas de nuestros tiempos, la inteligencia artificial y las nanopartículas.

Los investigadores encontraron una solución a las dificultades de manipular muestras biológicas modificando la impresora para que utilice pulsos acústicos con el fin de poner las muestras en papel. Este método da como resultado que cada punto de sangre impreso tenga un volumen de solo dos billonésimas de litro, lo que los hace increíblemente pequeños, más de mil millones de veces más pequeños que una gota de lluvia. Debido a su pequeño tamaño, estas gotitas pueden contener solo unas pocas docenas de células. Para mejorar el proceso de detección de bacterias, los investigadores infundieron las muestras con nanovarillas de oro, que actúan como antenas que atraen la luz láser hacia cualquier bacteria presente y amplifican la señal hasta 1.500 veces su fuerza original. Con el aislamiento y la amplificación apropiados, los espectros bacterianos se destacan claramente para la identificación. Los investigadores también utilizaron el aprendizaje automático para analizar los espectros de cada punto impreso e identificar cualquier firma reveladora de bacterias en la muestra.

“Podemos descubrir no solo que hay bacterias presentes, sino específicamente qué bacterias están en la muestra: E. coli, Staphylococcus, Streptococcus, Salmonella, ántrax y más”, dijo Jennifer Dionne, profesora asociada de ciencia e ingeniería de materiales y, por cortesía, de radiología de la Universidad de Stanford. “Cada microbio tiene su propia huella óptica única. Es como el código genético y proteómico garabateado a la luz”.

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