NanoCarbaOne - Nano-Structured Sensors for Rapid Point-of-Care Detection of Carbapenemase-producing Bacteria (ERA4Health JTC4)

Antibiotikaresistens er et øktende globalt helseproblem. Spesielt alvorlig er resistens mot såkalte karbapenemer, som er en type antibiotika som ofte benyttes som siste forsvarslinje mot tøffe bakterieinfeksjoner. Den raske spredningen av karbapenemresistente bakterier, særlig på sykehus, er alarmerende. Nåværende metoder for å oppdage disse resistente bakteriene er både tidkrevende og kompliserte. Gjennom prosjektet NanoCarbaOne skal vi adressere dette problemet ved å utvikle en ny diagnostisk enhet som raskt og nøyaktig kan oppdage de resistente bakteriene direkte fra kliniske prøver. Denne enheten bruker avanserte elektrokjemiske sensorer i kombinasjon med mikrofluidikkteknologi for å identifisere viktige enzymer og deres aktivitet, og gir avgjørende informasjon for behandling og infeksjonskontroll. Målet er å til slutt utvikle et bærbart instrument som kan brukes direkte på stedet og som er raskt, pålitelig og miljøvennlig, og som hjelper til med å overvåke utbredelsen av antibiotikaresistente bakterier mer effektivt. Den innovative teknologien som skal utvikles i prosjektet har potensiale til å bidra positivt til helsesektoren globalt ved å muliggjøre bedre kontroll og dermed begrense spredning og konsekvenser av antibiotikaresistens.

Growing resistance to carbapenems, last-line antibiotics for infections caused by multidrug-resistant bacteria, poses a main global health challenge. Of major concern is the rapid spread of carbapenem-resistant Enterobacterales (and other Gram-negatives), increasingly prevalent in the clinical setting. Carbapenem resistance (CR) mainly relies on the production of carbapenem-hydrolysing ß-lactamases, enzymes encoded by plasmids that show high transferability, enabling the widespread transmission of CR. Therefore, there is a critical need for diagnostics to detect carbapenemase-producing bacteria quickly and accurately. Unlike current phenotypic and genotypic methods to detect CR, the diagnostics proposed here will promptly quantify key carbapenemases and total carbapenemase activity directly in clinical samples, providing pivotal information to guide therapy and infection control practices, the latter via regular screenings in outbreak situations, CR carriers and areas with CR prevalence. Specifically, we aim to: - design a point-of-care device combining dispersible sensors to pre-concentrate bacteria, and an array of nano-structured sensors, within a microfluidics chip; - test the device with purified carbapenemases; - and validate its analytical and clinical performance with 1) bacterial isolates of known CR phenotypes, and 2) CR-positive blood, urine and rectal swab samples. The ultra-sensitivity and high specificity, expected by confining the sensing event into the sensing nano-environment, are paramount to escape cell culturing, reduce the analysis time (<15 min), and suppress false negatives. To support technology translation, the sustainability of the materials and their processing will be designed from inception to minimise environmental impact and ease future regulatory endorsement. Key stakeholders leading research and technology development in antimicrobial susceptibility testing, will be engaged as part of the project’s advisory board.