Nhóm nhà khoa học tại Đại học Freiburg, Đức do TS Can Dincer và GS Wilfried Weber dẫn đầu cho rằng, phương án chiến lược làm chậm sự suy giảm hiệu quả của thuốc là tối ưu hóa nồng độ kháng sinh vẫn sử dụng để tránh tình trạng kháng thuốc do không đủ liều.
“Vấn đề kháng thuộc bắt buộc phải đánh giá lại phương pháp lâm sàng, cách chúng ta sử dụng các loại thuốc kháng sinh hiện có,” TS Dincer trong một email gửi tới Advanced Science News giải thích. "Những phân tích dữ liệu lâm sàng gần đây cho thấy, sự gia tăng kháng thuốc kháng sinh có thể giữ chậm lại bằng giải pháp tối ưu hóa chế độ sử dụng liều lượng kháng sinh."
Sự thành công của một liệu pháp phụ thuộc vào nồng độ kháng sinh còn lại trong thời gian điều trị cụ thể - phụ thuộc vào cách cơ thể bệnh nhân phản ứng và phân hủy thuốc.
Trong điều trị, những khung hoạt động lâm sàng được xác định trên cơ sở dữ liệu thu thập từ các mô hình động vật và tình nguyện viên khỏe mạnh, với các phạm vi nồng độ kháng sinh chấp nhận được về mặt thống kê: trị liệu dưới mức, điều trị hoặc độc hại.
H. Ceren Ates, nhà nghiên cứu tại Freiburg, tác giả đầu tiên của công trình nghiên cứu cho biết: “Điều đó có nghĩa là, hầu hết thời gian, bệnh nhân không thể nhận được liều tối ưu cho tình trạng bệnh tật. Chúng tôi muốn tối ưu hóa điều trị cho mọi người”.
GS Dincer và Ates tin tưởng rằng, có thể đạt được điều này bằng giải pháp sử dụng đúng liều lượng kháng sinh vào đúng thời điểm trên cơ sở các liệu pháp điều trị phù hợp. Phương pháp điều trị phổ cập là, nếu một đợt kháng sinh không thể loại bỏ hoàn toàn tình trạng nhiễm trùng, thì các liệu pháp điều trị bổ sung sẽ được sử dụng hoặc tăng cường vào quá trình điều trị. Thay vì cách tiếp cận phổ quan “một phương thực phù hợp cho tất cả”, nhóm khoa học tìm cách phát triển một phương tiện dễ dàng và hiệu quả về chi phí để theo dõi nồng độ kháng sinh cho từng bệnh nhân.
GS Dincer nói: “Chúng tôi cần hiểu rõ, thuốc được chuyển hóa trong cơ thể như thế nào, trên cơ sở những thông số như dược động học, tuổi tác hoặc bệnh đi cùng. Nhưng lược đồ cá nhân hóa yêu cầu lấy mẫu và phân tích thường xuyên. Giải pháp này giúp hạn chế việc sử dụng kháng sinh không hiệu quả, nhưng quy trình không khả thi đối với hầu hết các dịch vụ chăm sóc sức khỏe nếu áp dụng cho mọi bệnh nhân”.
Nhằm giải quyết khó khăn này, nhóm nghiên cứu của TS Dincer phát triển một bộ cảm biến sinh học vi lỏng, không chứa kháng thể dùng một lần, dùng một lần cùng với xét nghiệm không có kháng thể và có độ nhạy cao, có khả năng theo dõi nhanh chóng và chính xác tối đa bốn loại thuốc (có khả năng mở rộng đến tám) trong cơ thể trên cùng một chip (được gọi là miLab).
Chip miLab gồm hai vùng liên tiếp, một vùng cố định và một vùng phát hiện điện hóa được ngăn cách bởi một rào cản ngăn kỵ nước. Chíp kết hợp những phân tử sinh học cố định trên mặt bên trong thiết bị, hình thành sự thay đổi tín hiệu điện hóa khi tiếp xúc với các phân tử thuốc được chỉ định.
Bộ cảm biến sinh học đa năng ứng dụng xét nghiệm không kháng thể với được thử nghiệm trên động vật, nồng độ kháng sinh được định lượng trong những chất nền khác nhau như máu toàn phần, huyết tương, nước tiểu, nước bọt và chất ngưng tụ hơi thở ra.
Thử nghiệm bộ biến sinh học cảm biến (miLab) trên mô hình động vật. Mẫu sinh học được thu thập từ lợn Landrace khi sử dụng không đủ liều liều, bình thường và quá liều piperacillin / tazobactam, tín hiệu điện hóa được hiển thị trên thiết bị di động.
Ates cho biết: “Một trong những tính năng độc đáo của công nghệ cảm biến, khác với hầu hết các công nghệ tương tự, là khu vực cố định phân tử sinh học tách rời khỏi khu vực phát hiện điện hóa.
“Sử dụng cấu hình này, chúng tôi bỏ qua được vấn đề nhiễm bẩn điện cực, có thể làm việc với chất lỏng sinh học phức tạp như máu toàn phần, chưa qua xử lý mà không ảnh hưởng đến độ nhạy.”
Độ nhạy cao của thiết bị cho phép nhóm nghiên cứu xác định lượng thuốc thậm chí theo dõi lượng thuốc trong hơi thở thở ra, tạo ra breathalyzer (thiết bị đo nồng độ kháng sinh bằng hơi thở). Ates nói: “Lần đầu tiên chúng tôi có thể tìm thấy mối tương quan giữa lượng phân tử kháng sinh ngưng tụ trong hơi thở thở ra và nồng độ trong máu.
Thiết bị được phát triển trên cơ sở phương pháp không kháng thể (antibody free), một giải pháp phát hiện thông dụng trên cơ sở protein. GS Dincer nói: Có hai ưu thế chính trong phương thức tiếp cận này. Ưu thế đầu tiên là tăng độ ổn định của cảm biến, vì các kháng thể nhạy cảm với nhiệt độ, hạn chế khả năng lưu trữ và thời gian hoạt động.
Ưu thế thứ hai và quan trọng nhất là, kháng thể sẽ khiến thiết bị có giá thành cao. Ates cho biết: “Việc sử dụng kháng thể làm tăng chi phí sản xuất chip lên ít nhất 10 lần, mâu thuẫn với mục tiêu ban đầu đặt ra là phát triển một công nghệ dễ sử dụng, chi phí thấp để đo lường thường xuyên nồng độ kháng sinh nhằm quản lý thuốc tốt hơn.
Khả năng của thiết bị đã được chứng minh với các thử nghiệm trên động vật, dự đoán chính xác nồng độ β-lactam khác nhau trong những chất lỏng sinh học khác nhau như máu và nước bọt. Nhóm nghiên cứu đang nỗ lực thu nhỏ hệ thống cảm biến để thiết bị thân thiện hơn với người dùng, giảm thời gian từ lấy mẫu đến kết quả nhằm là cung cấp kết quả xét nghiệm trong vòng dưới 30 phút - thiết bị hiện yêu cầu 90 phút.
GS Dincer nói thêm “Chúng tôi hy vọng tích hợp hệ thống trong một kịch bản giám sát thuốc điều trị thực tế dựa trên những quan sát tác động liều lượng trên cơ sở cảm biến sinh học, đưa các khuyến nghị điều chỉnh liều với phản ứng lâm sàng, chúng tôi tin rằng hệ thống của chúng tôi sẽ được sử dụng trong phòng khám như một công cụ bổ sung cho điều trị”.