Szybkie wykrywanie czynników wywołujących paradontozę

Dwanaście milionów Niemców cierpi na paradontozę, czyli zapalenie przyzębia, które nieleczone może prowadzić do utraty zębów. Nowe metody diagnostyczne pozwalają na wczesne wykrywanie patogenów, pozwalając dentystom na szybkie rozpoczęcie właściwego leczenia. Krwawienie dziąseł w trakcie mycia zębów lub gryzienia jabłka może być objawem paradontozy, zapalenia tkanek otaczających i unieruchamiających ząb, zwanych przyzębiem.

Bakterie z płytki nazębnej atakują kość i z czasem mogą doprowadzić do obluzowania zęba, a nawet jego utraty, jeśli zęby nie są solidnie zabezpieczone przed wypadnięciem. Ponadto, paradontoza może tworzyć ognisko, z którego choroba rozprzestrzeni się w całym organizmie.

Jeżeli bakterie z ogniska zapalnego, które mogą być bardzo agresywne, przenikną od obiegu krwi, mogą wywołać infekcję w różnych częściach ciała.

Lekarze podejrzewają, że istnieje związek między czynnikami wywołującymi paradontozę i niektórymi schorzeniami układu krążenia, które mogą doprowadzić do zawału serca lub udaru mózgu.

Aby usunąć źródło infekcji, stomatolodzy usuwają kamień nazębny, lecz to nie zawsze wystarcza. Szczególnie agresywne bakterie mogą być wyeliminowane tylko przez kurację antybiotykami.

Spośród 700 różnych gatunków bakterii, jakie mogą zamieszkiwać jamę ustną, jedenaście z nich uważa się za wywołujące paradontozę. Niektóre z nich są uważane za szczególnie groźne. Jeśli są one obecne w wąskiej szczelinie między zębem a dziąsłem - pacjent jest bardziej narażony na różne formy paradontozy.

Ale jedynym sposobem na sprawdzenie tego jest przeprowadzenie badania na obecność bakterii. Problem polega na tym, że aktualne metody identyfikowania chorobotwórczych szczepów są czasochłonne, a badania muszą być wykonywane w zewnętrznych laboratoriach.

Wykonując tradycyjną analizę bakteriologiczną z wykorzystaniem bakterii hodowlanych ryzykuje się, że badane bakterie zginą gdy tylko zetkną się z tlenem.

Analiza bakteriologiczna w mniej niż 30 minut

Nowa przenośna platforma została zaprojektowana w celu przyspieszenia identyfikacji jedenastu najistotniejszych patogenów paradontozy.

Naukowcy z Instytutu Fraunhofera Terapii Komórkowej i Immunologii IZI w Lipsku współpracowali z dwiema firmami - BECIT GmbH i ERT-Optik w celu opracowania układu scalonego o nazwie ParoChip, wykonującego test bakteriologiczny. W przyszłości pozwoli on dentystom i analitykom medycznym na szybkie przygotowanie próbek i wykonanie analizy.

Wszystkie etapy procesu - duplikacja sekwencji DNA i ich wykrywanie - odbywają się na platformie składającej się z karty mikrofluidowej w kształcie dysku o średnicy około 6 cm.

"Jak na razie analiza zajmuje około czterech do sześciu godzin. Z ParoChip zajmuje ona mniej niż 30 minut. To oznacza, że możliwe
jest wykonanie analizy wielu próbek w krótkim czasie" - mówi Dr Dirk Kirchner, naukowiec z IZI.

Analiza jest wykonywana w sposób bezkontaktowy i w pełni zautomatyzowany. Próbki są otrzymywane przy użyciu sterylnych próbników w kształcie wykałaczek. Następnie materiał jest zdejmowany z próbnika, a wyizolowane DNA bakterii jest wstrzykiwane do komory reakcji zawierającej suche reagenty.

Na karcie znajduje się jedenaście takich komór, a każda z nich zawiera reagent wykrywający jeden z możliwych patogenów paradontozy.

Całkowita ilość bakterii jest określana w dodatkowej komorze, dzięki reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR). Ta metoda umożliwia wykonanie milionów kopii nawet małej ilości sekwencji DNA patogenu.

W celu wytworzenia bardzo szybkich zmian temperatury, co jest wymagane w metodzie PCR, plastikowy układ scalony w kształcie dysku jest umieszczony na metalowym bloku grzejącym z trzema strefami o różnych temperaturach i przesuwany mechanicznie pomiędzy nimi.

To wywołuje sygnał fluorescencyjny, który następnie jest mierzony przez urządzenie optyczne zawierające sondę fluorescencyjną, fotodetektor i diodę laserową. Kluczową zaletą urządzenia jest możliwość określenia nie tylko ilości każdego typu badanych bakterii i przez to stopnia nasilenia infekcji, ale także wyznaczenie całkowitej ilości wszystkich bakterii. To pomoże lekarzom we właściwym doborze antybiotyków.

"Dzięki połączeniu z optycznym urządzeniem pomiarowym umożliwiającym zliczanie bakterii, ParoChip jest dostosowany także do wykrywania innych bakteryjnych przyczyn infekcji, jak patogeny przenoszone przez żywność czy wywołujące sepsę" - mówi Kuhlmeier.

Korzystanie z ParoChip eliminuje wiele ręcznych czynności, które do tej pory były konieczne przy tracyjnej analizie. Syntetyczne dyski mogą być produkowane tanio i niszczone tak jak jednorazowe rękawiczki.

Dostępne już jako prototyp układy ParoChip są wstępnie przeznaczone do użytku w laboratoriach klinicznych, jednak mogą być również stosowane przez dentystów w ramach własnej praktyki do samodzielnego przeprowadzania analizy próbek od pacjentów.



red. Justyna Dykas