Vázolja fel a malária plazmodium szerkezetét. Plasmodium Stock vektorok, Plasmodium Jogdíjmentes illusztrációk | Depositphotos®
Kézsmárki István A malária magneto-optikai diagnózisa A kutatási téma néhány soros bemutatása A malária még napjainkban is a Föld egyik legtöbb halálos áldozatot követelő fertőző betegsége annak ellenére, hogy megfelelő gyógyszeres kezeléssel szinte minden esetben gyógyítható lenne. A sikeres gyógyítás kulcsa ugyanakkor a korai és pontos diagnózis, ami a legsúlyosabban érintett fejlődő országokban sokszor nem elérhető a szakmai vagy anyagi erőforrások hiánya miatt.
Kutatási munkám legfőbb célja egy olyan, mágneses és optikai elven működő eszköz kifejlesztése, ami alkalmas a malária érzékeny, de olcsón kivitelezhető diagnosztizálására. Csoportunk kutatási profilja a vázolja fel a malária plazmodium szerkezetét spektroszkópia eszköztárának alkalmazása a legújabb anyagcsaládok egzotikus mágneses és optikai tulajdonságainak feltárására, valamint biológiai célú alkalmazásokra. A maláriadiagnosztikai berendezés fejlesztését itt kezdtük el, a sejtkultúrás teszteléseket a portugál IMM és az ausztrál UWA sejtlaboratóriumában végeztem.
A kutatás történetének, tágabb kontextusának bemutatása A maláriafertőzés a Föld, népességének közelítőleg felét érintő, súlyos emberi és anyag áldozatokat követelő egészségügyi problémája még napjainkban is. A WHO adatai szerint ben a regisztrált megbetegedések száma millió, a halálos áldozatoké pedig ezer volt. Ennek megfelelően a malária elleni küzdelem a WHO egy kiemelt stratégiai területe. A ben elfogadott tervezet egyik legfontosabb célkitűzése a megelőzési programok, valamint gyógyszer- és vakcinafejlesztés támogatása mellett [ 1 ], a diagnosztika teljes körű elérhetőségének biztosítása a legszegényebb és leginkább fenyegetett területeken.
Ennek kulcsa ugyanakkor egy olyan költséghatékony, szakértelmet nem igénylő és automatizálható eljárás kifejlesztése, amelynek segítségével a betegség érzékenyen, de olcsón kimutatható. A ma elterjedt diagnosztikai módszerek ugyanis vagy szakképzett munkaerőt igényelnek mikroszkópos vizsgálatvagy egységáruk túl magas diagnosztikai gyorstesztek - RDT. A Föld malária sújtotta területei WHO Kutatócsoportunkkal egy olyan eljárás megvalósíthatóságát vizsgáljuk, amely tisztán fizikai detektálási elven költséges biokémiai reagensek nélkül képes kimutatni a kórokozók jelenlétét a fertőzött vérmintában a betegség melléktermékén, a maláriapigmenten hemozoin keresztül.
A maláriapigment az összetett lefolyású maláriafertőzés ún. Mindemellett különleges mágneses helminthiasis segít optikai tulajdonságokkal rendelkezik [ 3 ], így ideális diagnosztikai célpontnak bizonyul.
Biomarkerként való alkalmazását több tanulmány is felvetette az utóbbi években. A malária fertőzés életciklusai.
Előadások a biológia világából
Jobbra: hemozoin termelődés a paraziták emésztővakuólumában elektronmikroszkópos felvétel. A kutatás célja, a megválaszolandó kérdések A hemozoin mágneses optikai detektálásának lehetőségét először laboratóriumi szintű berendezéseken vizsgáltam.
A javaslat az Európai Unió működéséről szóló szerződés Az EDCTP eddigi eredményeinek ellenére a szegénységgel összefüggő betegségek társadalmi és gazdasági terhei továbbra is fennállnak és hátráltatják a fejlődő országok, különösen a szubszaharai afrikai országok fenntartható fejlődését. Hiányoznak a szegénységgel összefüggő betegségeket érintő hatékony orvosi beavatkozások A szegénységgel összefüggő betegségek súlyosan negatív egészségügyi, társadalmi és gazdasági hatásokkal járnak.
A hordozható, olcsóbb műszer optimális fizikai paramétereinek meghatározásához mágneses tér nagysága, alkalmazott lézer hullámhossza először a hemozoin optikai és mágneses anizotrópiáját tanulmányoztam [ A ]. A mágnesezettség és optikai spektroszkópiai mérések tapasztalatai alapján kollégáimmal megépítettük a berendezés hordozható prototípusát, majd annak minősítésébe kezdtünk.
A minősítés során a legegyszerűbb modelltől a valós terepi tesztek helminthal féreg gyógyszer haladva a tervezett lépések a következők voltak: i Validálás szintetikus hemozoin kristályok szuszpenziójával vérben [ A ] ii Mérés biológiai mintán, sejttenyészetekből származó fertőzött véren [ B ] iii Mérés biológiai mintán, élő, fertőzött egértől származó véren [ C ] A minősítés utolsó lépése, melyet a közeljövőben tervezünk megvalósítani: iv Validálás terepi diagnózissalfertőzött betegek véréből A műszerfejlesztés mellett a maláriakutatás egyéb területein is vázolja fel a malária plazmodium szerkezetét, új eredmények elérését tűztük ki célul.
A maláriapigment fizikai tulajdonságainak beható feltérképezése már a fejlesztés hozadékaként megvalósult [ A ].
Plasmodium Stock vektorok, Plasmodium Jogdíjmentes illusztrációk | Depositphotos®
A berendezés továbbá gyors és költséghatékony alternatívát kínál maláriagyógyszer-hatékonyság tesztelésre [ B ]. Ezen kívül módszerünkkel pontosan mérhető a hemozoin felhalmozódási és kiürülési rátája a fertőzés során, ami szintén komoly érdeklődésre tarthat számot [ 9 ].
Ennek megfelelően nagy volumenű gyógyszertesztek elvégzése, valamint a hemozoinkinetikát érintő alapkutatás is későbbi céljaink között szerepel. Módszerek A hemozoin mágneses alapú detektálását az teszi lehetővé, hogy a kristály alapegységét képező porphyrin gyűrűk központjában lévő vasion magas vegyértékű, paramágnesesazaz mágnesezhető állapotba kerül, szemben a vérben természetesen előforduló diamágneses állapotú vassal.
Hemozoin kristályok morfológiája elektronmikroszkópos felvételen balés kristályszerkezete középen. A kristály elemi cellája egy két porphyrin gyűrűből jobb álló dimer.
Ma Tamás napja van. Holnap Zoltán napja lesz. Bakteriális fertőzések Staphylococcus sztafilokokkusz fertőzések A staphylococcus-bőrfertőzések általában megjelenésükről felismerhetők, laboratóriumi megerősítés nélkül. Komolyabb fertőzésekben szükség van a kórokozó kimutatására a vérből vagy fertőzött testnedvből vett minta tenyésztésével.
A kristályok alacsony szimmetriájának következtében fellépő lineáris dikroizmus ,— azaz a kristályra bocsátott fény polarizációs irányától függő transzmisszió — ad módot a kristályok optikai azonosítására a vérben.
Ahhoz, hogy a vérmintában lévő összes kristály hatása egymást erősítve adódjon össze, a kristályok optikai főtengelyeinek azonos irányban kell állnia.
A kristályok rendezésére azok mágneses anizotrópiája biztosít lehetőséget, mely révén külső mágneses tér hatására egy irányba fordulnak.
8. Dobolyi Árpád: Az anyai idegrendszer
A mágnesesen rendezett kristályokra bocsátott, a mágneses térrel párhuzamosan, illetve arra merőlegesen polarizált lézerfény transzmittált intenzitása között a kristályok lineáris dikroizmusa miatt különbség lép fel. A különbségi intenzitás arányos a vérben felhalmozódott maláriapigment kristályok mennyiségével, így a betegség előrehaladása számszerűsíthető. A hemozoin magneto-optikai detektálási elvének egyszerű szemléltetése.
A betegség korai stádiumában történő kimutatásához a maláriapigment rendkívül érzékeny detektálása szükséges. Ezért a berendezés megvalósításánál modulációs méréstechnikát célszerű alkalmazni.
Mocsárláz, malária
A fent vázolt mérési alapelvet más kutatócsoportok is felvetették [6], de a mágneses tér modulációjából eredően az általuk épített berendezés túlságosan költséges és nagyméretű volt ahhoz, hogy a klinikai gyakorlatban elterjedhessen. Az általunk kifejlesztett forgómágneses diagnosztikai berendezés RMOD működésének alapja, hogy a mágneses tér erőssége helyett annak irányát változtatjuk.
Ezt egy speciális, állandó mágnesekből álló gyűrű ún. Halbach-elrendezés forgatásával valósítottuk meg. A mágneses tér forgását követve a vérmintában lévő maláriapigment kristályok is forognak. A mintán átbocsátott polarizált lézerfény függőleges és vízszintes polarizációjú komponense — a kristályok aktuális irányának változása miatt — egymással ellentétes fázisban váltakozó intenzitással jut át. Egy Wollaston-prizma segítségével térben elválasztjuk egymástól a két polarizációs komponenst, és a kettő közti intenzitás különbséget egy ún.
EUR-Lex - SC - HU
A forgómágneses maláriadiagnosztikai berendezés RMOD működési elve. Az így megvalósított eljárás nagy pontosságú mérést tesz lehetővé, amely révén akár a teljes fényintenzitás egy milliomod részének megfelelő változás is érzékelhető, így 1 ml vérben akár 10 pg hemozoin is kimutatható [ A ]. Emellett a berendezés olcsó, könnyen hozzáférhető optikai elemeket, egy hagyományos lézerdiódátvalamint egy állandó mágnest tartalmaz, ezáltal a gyártási költség elegendően alacsony lehet ahhoz, hogy a ma alkalmazott diagnosztikai vázolja fel a malária plazmodium szerkezetét egy alternatívájaként léphessen fel.
A műszer mérete leskálázható továbbá annyira, hogy könnyen szállítható egységként terepi diagnózisra is alkalmas legyen. Eddigi eredmények A kutatás kezdeti stádiumában a hemozoin fizikai tulajdonságait tanulmányoztam.
Butykai Ádám
A SQUID - del végzett mágnesezettség méréseim eredményei alátámasztották a hemozoin könnyű síkú paramágneses viselkedését. A kristályok rendeződésének mágneses tértől való függését a mágnesesen indukált lineáris dikroizmus erősségén keresztül vizsgáltam. A kísérletek szerint a mágneses rendezéshez az állandó mágnesekkel könnyedén elérhető 0, T mágneses tér is elegendő.
A tapasztalataink [ A ] egybevágnak más csoportok mágneses rezonancia méréseivel [ 10 ], valamint továbblépést jelentenek a mágneses rendeződésről alkotott korábbi elképzelésekhez képest [ 6 ].
A kristályok mágnesesen indukált lineáris dikroizmus spektrumát a laboratóriumunkban összeállított spektrométerrel vizsgáltam polarizációmodulációs technika alkalmazásával.
Az MRSA még mindig ellenáll
A lineáris dikroizmus csúcsok spektrális helyét, valamint a vér hullámhosszfüggő átlátszóságát alapul véve, a diagnosztikai berendezéshez használt lézerfény optimális hullámhosszát nm közeli tartományban határoztam meg. Balra: A kristályok rendeződésének mágneses térfüggése. Fent: a hemozoin kristályok nehéz mágnesezési tengelyének hard axis térbeli eloszlása növekvő mágneses terek hatására. Lent: a mért magneto-optikai jel amplitúdója a mágneses tér erősségének, azaz a kristályok rendezettségének függvényében.
Jobbra: hemozoin szuszpenziók S: fiziológiás sóoldat, P: vérplazma, B: teljes vér lineáris dikroizmus spektruma. A hemozoinról szerzett ismereteink alapján megépítettük a diagnosztikai berendezés prototípusát.
A műszer validálásának első lépését szintetikus hemozoin kristályok [ 11 ] szuszpenzióján végeztem, először vízben, majd vérben. Ilyen alacsony hemozoin mennyiségek a fertőzés legkorábbi stádiumában jellemzők, és az ezeknek megfelelő becsült parazitaszám alapján a berendezés detektálási hatékonysága meghaladja a gyorstesztekét és eléri a mikroszkópos vizsgálatok teljesítményét [ A ]. Különböző koncentrációjú hemozoin szuszpenziók magneto-optikai jele a mágnes fordulatszámának függvényében.
A görbéket a megfelelő koncentráció értékekkel normalizálva ábrázoltuk a linearitás szemléltetése céljából. A műszer tesztelésének második fázisában már P. Az eltérő egyedfejlődési stádiumokat, és ezáltal a természetben előforduló Plasmodium fajokat reprezentáló mintákon mért magneto-optikai jel a várakozásoknak megfelelően széles tartományon arányos volt a parazita-koncentrációval és a paraziták életciklusának előrehaladottságával is.
A paraziták koncentrációjának kimutathatósági határa fiatal ring kultúrák esetén 0. Validációs mérések P. Balra: a paraziták koreloszlása a két törzsmintában. Jobbra: a detektált magneto-optikai jel és a hígított minták parazita-sűrűségének kapcsolata. A validálás harmadik lépéseként egy valós diagnosztikai szituációt modelleztünk egérkísérletekkel.
Az egereket szúnyogok által terjesztett parazita-formákkal sporozoite fertőztük meg, majd adott időközönként vérmintát vettünk tőlük. A vérmintákat különféle diagnosztikai módszerekkel teszteltük, és azt vizsgáltuk, hogy melyik az a legkorábbi időpont, amelytől az egyes módszerek már képesek kimutatni a paraziták jelenlétét a fertőzött egyedekben.
A tesztek során a magneto-optikai módszer ugyan a rendkívül érzékeny és költséges Méregtelenítés kiegészítő testépítés érzékenységét kerekféreg felnőttek kezelésében érte el, de a diagnosztikai gyakorlatban sztenderdként használt mikroszkópiánál és az áramlásos citometriánál lényegesen jobban teljesített.
Gyógyításos egérkísérletek során azt is megállapítottuk, hogy a módszer alkalmas gyógyult egyedek újbóli megfertőződésének kimutatására egy néhány napos átmeneti időszak elteltével [ C ]. Balra: a malária fertőzés előrehaladásának követése fertőzött egereken az RMOD berendezéssel.
Bakteriális fertőzések
Jobbra: gyógyszeresen kezelt fertőzött egerek gyógyulásának követése az RMOD berendezéssel. A lisszaboni IMM kutatóintézetben üzembe helyezett prototípus segítségével élő, in vitro fenntartott malária-sejtkultúrákon is teszteltük a módszer hatékonyságát.
Azt tapasztaltuk, hogy a magneto-optikai műszerrel a paraziták egyedfejlődése érzékenyen, nagy időfelbontással nyomon követhető a növekvő mennyiségben termelt hemozoin koncentrációjának mérésén keresztül.
Ennek köszönhetően a műszer kiválóan alkalmazható gyógyszermolekulák növekedésgátló hatásának tesztelésére a potenciális diagnosztikai alkalmazás mellett [ B ]. Várható impakt, további kutatás Az RMOD malária-diagnosztikai műszer fejlesztése az utolsó validálási fázisba érkezett. A műszer első prototípusát sikeresen teszteltük a legegyszerűbb szintetikus mintáktól kezdve in vivo egérkísérletekig az összes olyan malária-modellen, amely laboratóriumban megvalósítható.
