Rapid and Automated Sepsis Diagnosis Using Centrifugal Devices and Microfluidics
Tid: Fr 2025-09-19 kl 13.00
Plats: F3 (Flodis), Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Språk: Engelska
Respondent: Mohammad Osaid , Mikro- och nanosystemteknik
Handledare: Wouter van der Wijngaart, Mikro- och nanosystemteknik
QC 20250822
Abstract
Sepsis är ett livshotande tillstånd med hög dödlighet som orsakar över 13 miljoner dödsfall årligen. Hos patienter med septisk chock ökar risken för dödlig utgång med 8 % varje timme som behandlingen fördröjs. Nuvarande diagnostiska metoder är starkt beroende av blododling – en tidskrävande process som innefattar flera odlingssteg och kan ta flera dagar, vilket fördröjer riktad antibiotikabehandling. Detta understryker det akuta behovet av snabbare, odlingsfria diagnostiska metoder.
I detta arbete har vi utvecklat metoder för att direkt detektera bakterier i blod vid låga, kliniskt relevanta koncentrationer ( 10 CFU/mL), vilket möjliggör att helt kringgå den traditionella odlingsprocessen. Vi har dessutom utvecklat teknologier för direkt bakteriell identifiering och resistensbestämning (AST) från blod, utan behov av subkultivering eller fasta odlingssteg, vilket underlättar riktad antibiotikabehandling.
För detektion vid kliniskt relevanta koncentrationer kombinerade vi en centrifugeringsbaserad metod för effektiv isolering och koncentrering av bakterier från blod med mikrofluidisk infångning och automatiserad bakteriedetektering med hjälp av djupinlärning applicerad på mikroskopibilder. Vi utvecklade även två nya centrifu genheter för att automatisera ovanstående provberedning i ett enda steg: (1) en One-step-enhet och (2) en lutande filterenhet. Båda är fullt automatiserade, plug-and-play-system som enbart använder centrifugering och som isolerar och koncentrerar bakterier samtidigt som blodceller selektivt lyseras – helt utan manuella moment och med endast standard-laboratoriecentrifuger. One-step-enheten använder luft instängd i enheten för att styra vätskeflödet under centrifugering och kan sömlöst integreras i kliniska arbetsflöden. Enheten har tre huvudsakliga tillämpningar: (a) direkt subkultur från låga bakteriekoncentrationer, vilket eliminerar behovet av initial blododling; (b) artidentifiering via matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight masspektrometri (MALDI-TOF-MS); och (c) mikrofluidisk detektion av enskilda celler vid måttliga bakterielaster, samt färgmetrisk AST i enheten. Den lutande filterenheten använder storleksbaserad filtrering under centrifugering för att isolera och koncentrera bakterier, lysera blodceller och möjliggöra subkultur-baserad detektion.
Vi har även demonstrerat AST från positiva blododlingar med hjälp av One-step-enheten i kombination med en impedansbaserad cytometer, vilket ger resultat inom 2 timmar. Dessutom anpassade vi den lutande filterenheten för provberedning av avföringsprover, vilket möjliggjorde bakteriedetektering med Optical DNA Mapping och visade plattformens mångsidighet.
Tillsammans skapar dessa teknologier en snabb, heltäckande och automatiserad lösning för patogendetektion och antibiotikaprofilering, och lägger grunden för odlingsfri sepsisdiagnostik.