همه‌گیری COVID-19 به وضوح نشان داد که ما به روش‌های مدرن برای غربالگری سریع پاتوژن‌ها و مواد خطرناک نیاز داریم. در این بین، یکی از ترکیباتی که می‌تواند برای انسان ایجاد مشکل کند لیپوپلی ساکارید (LPS) است که در غشای خارجی باکتری‌های گرم منفی وجود دارد و تا حد زیادی به عنوان "اندوتوکسین" شناخته می‌شود و با تب و التهاب و در موارد حادتر نارسایی اندام به دلیل سپسیس همراه است.
LPS از طریق لیپید A (اندوتوکسن) - یک لیپید فسفریله شده - به غشا متصل می‌شود و سمیت LPS عمدتاً به دلیل این لیپید A است، در حالی که پلی ساکاریدها سمیت کمتری دارند. وجود LPS در سرم، به میزان 1 تا 2 میلی گرم، می‌تواند باعث ایجاد سمیت در فرد شود. اندوتوکسین می‌تواند علائم التهاب، تب و لکوپنی و آسیب به رگ‌های خونی را ایجاد کند و در نهایت منجر به افت فشار خون شود.
با کمال تعجب، برای چنین سمی که در همه جا وجود دارد، راه‌های بسیار کمی برای تشخیص کارآمد آن وجود دارد. استاندارد طلایی برای تشخیص LPS آزمایش لیمولوس آمبوسیت لیزات (LAL) است. اما از آنجایی که این کار باید به صورت دستی در یک محیط آزمایشگاهی تمیز انجام شود، این روش می‌تواند چندین ساعت به طول انجامد و به میزان قابل توجهی گران است. همچنین روش‌های دیگری نیز برای تشخیص LPS وجود دارد، اما آنها نیز زمان‌بر یا دست و پا‌گیر هستند. زمان صرف شده در انجام این دسته از آزمایش‌ها گاهی اوقات می‌تواند باعث تأخیر قابل توجهی در تصمیم گیری در بیمارستان‌ها و سایت‌های تولید دارو شود.
برای حل این مشکل، یک تیم تحقیقاتی از ژاپن راهکار جدیدی را برای شناسایی سریع LPS در نمونه‌های محلول آغاز کرده است. آنها در جدیدترین مطالعه خود که در مجله Analytical Chemistry منتشر شده است، یک پلتفرم امیدوارکننده که می‌تواند نحوه غربالگری LPS را متحول کند، ارائه کرده‌اند. جزء اصلی سیستم تجزیه و تحلیل LPS، یک حسگر فلورسنت به نام Zn-dpa-C2OPy است. این ترکیب، که برای اتصال انتخابی به LPS طراحی شده است، خواص فلورسنت جالبی از خود نشان می‌دهد. هنگامی که این حسگر به LPS متصل نمی‌شود، وزیکول‌های کروی کوچکی را تشکیل می‌دهد که هنگام تحریک توسط اشعه ماوراء بنفش، نوری با طول موج مشخصی ساطع می‌کنند. با این حال، در حضور LPS،chemosensor توده‌های پیچیده‌ای را با سم در یک محلول تشکیل می‌دهد. این توده‌ها از نظر ساختاری از توده‌های chemosensor یا LPS به تنهایی متمایز هستند. توده‌های پیچیده chemosensor-LPS وقتی توسط اشعه ماوراء بنفش برانگیخته می‌شوند، نور را با طول موج کاملاً متفاوت ساطع می‌کنند و حضور آنها بیشتر از طریق اندازه‌گیری‌های طیف‌سنجی تأیید می‌شود.
برای دستیابی به تشخیص LPS با حساسیت بالا، محققان، حسگر را با یک سیستم آنالیز تزریق جریان (FIA) و یک فلوروفوتومتر با طول موج دوگانه خود ساخته ترکیب کردند. این سیستم به فرد اجازه می‌دهد تا به راحتی یک نمونه مایع مورد نظر را با مقدار مشخصی از chemosensor مخلوط کند و سپس مخلوط به فلوروفوتومتر که تغییرات فلورسانس را در پاسخ به LPS اندازه گیری می‌کند، وارد شود. بر اساس نسبت بین شدت فلورسانس، می‌توان غلظت LPS را در نمونه ورودی تخمین زد.
یکی از مزایای اصلی این سیستم سرعت آن است. به گفته محققان از زمان جمع‌آوری نمونه تا نتایج آنالیز تنها یک دقیقه طول می‌کشد، و با ظرفیت 36 نمونه در ساعت این تکنیک به عنوان روشی سریع و کارآمد شناخته می‌شود. علاوه بر کارآمدی بسیار بالا، حسگر پیشنهادی حساسیت و پایداری بالایی برای تعیین کمیت LPS نشان می‌دهد. در واقع، حسگر دارای حد تشخیص 11 پیکومولار است که کمتر از سایر حسگرهای گزارش شده برای تشخیص LPS است. این بدان معنی است که می‌تواند غلظت‌های کمتر LPS را نسبت به سایر روش‌های جایگزین تشخیص دهد. همچنین، سیستم آنالیز مبتنی بر حسگر، ساده و دوست‌دار حیوانات است. اما در مقابل سایر روش‌های تشخیص LPS مرسوم، از منابع حیوانی استفاده می‌کنند و ممکن است به نوبه خود به این حیوانات آسیب برسانند. این عامل باعث می‌شود که این حسگر به یک کاندید عالی برای آزمایشات مراقبتی عملی و کارآمد برای LPS و آلودگی‌های باکتریایی در نمونه های آب، بالینی یا دارویی تبدیل شود.
باتوجه به حصول نتایج امیدوار کننده، آقای کیموتو (محقق) اظهار داشت: "بر اساس این تحقیقات، ردیابی آنلاین اندوتوکسین برای استفاده در موقعیت‌های واقعی در دسترس خواهد بود که می‌تواند در سایت‌های تولید دارو، بیمارستان‌ها و واحدهای نظارتی بر غلظت اندوتوکسین در محصولات دارویی مانند آب تزریقی یا خون بیماران مبتلا مورد استفاده قرار گیرد."
با کار بیشتر در این زمینه، تهدید اندوتوکسین‌ها در آینده نزدیک به حداقل می‌رسد و بیمارستان‌ها را ایمن‌تر می‌کند و روش‌های تشخیصی بیماری‌های باکتریایی را بهبود می‌بخشد.
منبع خبر: https://phys.org/news/2023-08-chemosensor-based-method-rapid-bacterial-toxin.html