SoundCell สร้างกลองจิ๋วจากกราฟีน เพื่อฟังเสียงแบคทีเรียเคลื่อนไหว! ใช้ AI แยกแยะเชื้อได้แม่น 88% และตรวจเชื้อดื้อยาปฏิชีวนะได้ในชั่วโมงเดียว

การจะรู้ว่าแบคทีเรียในตัวผู้ป่วยเป็นเชื้ออะไร ดื้อยาหรือเปล่า ปกติต้องเพาะเชื้อแล้วรอผลหลายวัน แต่นักวิจัยจาก TU Delft ในเนเธอร์แลนด์ตั้งคำถามง่ายๆ ว่า ถ้าดูด้วยตายาก แล้วลอง 'ฟัง' มันแทนล่ะ?

พวกเขาสร้างสิ่งที่เรียกว่า 'Nanodrum' หรือกลองจิ๋วขนาดนาโนเมตร ทำจากแผ่นกราฟีนสองชั้นบางเพียง 1 นาโนเมตร วางทับบนช่องว่างขนาด 8 ไมโครเมตร พอดีกับขนาดของแบคทีเรียส่วนใหญ่ที่ยาวประมาณ 1 ถึง 10 ไมโครเมตร แล้วเมื่อแบคทีเรียที่ยังมีชีวิตมาเกาะบนแผ่นกราฟีนมันจะขยับตัว หมุน Flagellum (หางที่ใช้ว่ายน้ำ) สร้างแรงสั่นสะเทือนบนหน้ากลอง คล้ายกับมือกลองจิ๋วที่กำลังตีจังหวะของตัวเอง

ทีมวิจัยใช้ลำแสง Laser ยิงไปที่หน้ากลอง แล้วอ่านสัญญาณที่สะท้อนกลับมา จับการเคลื่อนไหวของแบคทีเรียตัวเดียวได้อย่างละเอียด Farbod Alijani วิศวกรเครื่องกลจาก TU Delft บอกว่า 'เราดูได้ถึงระดับเซลล์เดียวเลย เรามีความไวขนาดนั้น'

เรื่องสำคัญคือทำไมต้องกราฟีน ?

เพราะมันทั้งแข็งแรงพอรับน้ำหนักแบคทีเรียได้ และอ่อนไหวพอที่จะสั่นตามทุกการขยับเล็กๆ ของเชื้อ วิธีเก่าๆ ที่เคยจับการเคลื่อนไหวของแบคทีเรียได้นั้นมักต้องวัดค่าเฉลี่ยจากเชื้อจำนวนมากพร้อมกัน แต่ Nanodrum ของ TU Delft แยกฟังเชื้อทีละตัวได้

จากเสียงเป็นเสียงที่ต่างกัน

พอแปลงจังหวะกลองเป็นเสียงที่ฟังได้จริง Aleksandre Japaridze หัวหน้าฝ่ายเทคนิคของ SoundCell (บริษัท Spin-off จาก TU Delft) บอกว่า 'มันเสียงดังมาก เหมือนอยู่ในอุโมงค์ลม' แต่ถ้าฆ่าเชื้อด้วยยา เสียงจะเงียบลงทันที ไม่ได้ยินอะไรอีก

การค้นพบนี้นำไปสู่การทดสอบความดื้อยาปฏิชีวนะ เมื่อพวกเขาใส่ยาปฏิชีวนะลงไปบนกลองที่มี E. Coli เล่นอยู่ กลองเงียบลงภายในไม่กี่ชั่วโมง แต่ถ้าเป็น E. Coli สายพันธุ์ดื้อยา มันเล่นกลองต่อเหมือนไม่มีอะไรเกิดขึ้น

แต่เรื่องพลิกตอนที่มีคนถามในงานประชุมว่า 'แบคทีเรียต่างชนิดเล่นเสียงต่างกันไหม?' ทีมวิจัยยังไม่แน่ใจ เลยไปทดสอบจริงจัง โดยบันทึกจังหวะกลองของแบคทีเรียจากตัวอย่างผู้ป่วยจริง แล้วแปลงเป็น Spectrogram เพื่อวิเคราะห์รูปแบบการเคลื่อนไหว จากนั้นเทรน Machine Learning สองโมเดลให้แยกแยะเชื้อ 3 ชนิด ได้แก่ E. Coli, Staphylococcus Aureus (เชื้อก่อโรคติดเชื้อ Staph) และ Klebsiella Pneumoniae (หนึ่งในเชื้อก่อโรคปอดบวม)

ผลคือโมเดลทั้งสองแยกเชื้อได้แม่นถึง 87 ถึง 88 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งยืนยันว่าแบคทีเรียแต่ละชนิดมี 'ลายเซ็นเสียง' เป็นของตัวเอง Japaridze อธิบายว่า 'มันเป็นวิธีตีความสปีชีส์ที่ต่างออกไปโดยสิ้นเชิง ไม่ใช่ทางเคมีหรือชีววิทยา แต่เป็นพฤติกรรมเชิงกลล้วนๆ'

เร็วกว่าวิธีปัจจุบันหลายเท่า

เรื่องนี้สำคัญมากในทางปฏิบัติ เพราะเชื้อดื้อยาปฏิชีวนะอาจเป็นสาเหตุการเสียชีวิตมากกว่าหนึ่งล้านคนต่อปี และหนึ่งในปัญหาใหญ่คือการตรวจว่าเชื้อดื้อยาหรือเปล่านั้นช้ามาก วิธีปัจจุบันอาจใช้เวลาหลายวัน แต่เทคโนโลยีของ SoundCell ทำได้เร็วที่สุดแค่ชั่วโมงเดียว

ตอนนี้ SoundCell ย่อขนาดอุปกรณ์จากโต๊ะออปติคอลขนาดใหญ่ในห้องแล็บ มาเป็นเครื่องขนาดเล็กที่เหมาะกับโรงพยาบาล และได้ติดตั้งเครื่องต้นแบบที่โรงพยาบาลสองแห่งในเนเธอร์แลนด์แล้ว เพื่อทดสอบประสิทธิภาพในสภาพแวดล้อมจริง

งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในวารสาร ACS Sensors เมื่อเดือนมีนาคมที่ผ่านมา

ถ้าทุกอย่างเป็นไปตามแผน อนาคตของการวินิจฉัยโรคติดเชื้ออาจไม่ใช่การส่องกล้องจุลทรรศน์อีกต่อไป แต่เป็นการ 'ฟัง' ว่าเชื้อโรคกำลังเล่นเพลงอะไรอยู่บนกลองจิ๋วของมัน

ที่มา: Spectrum IEEE

ลงทะเบียนเข้าสู่ระบบ เพื่ออ่านบทความฟรีไม่จำกัด

No comment

RELATED ARTICLE

Responsive image

SPEAR-H Accelerator เบื้องหลังโครงการที่ช่วย Health Tech ไทย พาของดี ไปสู่ของที่ระบบใช้จริง

ระยะห่างระหว่าง 'ผ่านการทดสอบในแล็บ' กับ 'ใช้งานได้จริงในโรงพยาบาล' คือช่วงที่นวัตกรรมไทยจำนวนมากสะดุดและไปต่อไม่ได้ ในธุรกิจ Health Tech ระยะห่างนี้ยาวกว่าที่หลายคนคิด...

Responsive image

AI ออกแบบสัญญาณกระตุ้นสมองให้ ‘ดวงตาเทียม’ แม่นขึ้น เรียนรู้สมองคนว่าตอบสนองยังไง แล้วค้นหาสัญญาณที่จะได้ผลตามเป้า

ทีมวิจัย UCSB, ETH Zurich และ Miguel Hernández ใช้ Deep Learning ออกแบบสัญญาณกระตุ้นสมองให้อุปกรณ์ดวงตาไบโอนิก ผลทดสอบในผู้เข้าร่วมวัย 27 ปีพบว่าแม่นยำกว่าวิธีมาตรฐานและใช้กระแสไฟน...

Responsive image

Fitbit ซิงก์เข้า Apple Health ได้แล้ว ก้าว การนอน สัญญาณชีพ ไหลเข้าครบ

Google Health 5.05 เพิ่มการซิงก์ข้อมูลสองทางกับ Apple Health ทำให้ข้อมูล Fitbit ทั้งการออกกำลังกาย การนอน สัญญาณชีพ และจำนวนก้าว ส่งเข้า Apple Health ได้โดยตรง ปิดฉากยุคต้องพึ่งแอป...