Optical coherence tomography for label-free detection and characterization of methicillin-resistant S. aureus biofilms
Notice bibliographique
Résumé
SignificanceOrthopedic implant-associated infections cause serious complications primarily attributed to bacterial biofilm formation and are often characterized by increased antibiotic resistance and diminished treatment response. Yet, no methods currently exist to identify biofilms intraoperatively—surgeons rely solely on their eyes and hands and cannot detect or differentiate infected tissue to determine the location and extent of contamination.AimAs the first step in addressing this unmet clinical need, here, we develop an optical coherence tomography (OCT)-based imaging method capable of detection in situ and quantification of one of the most dangerous orthopedic biofilms formed by methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA).ApproachGrowing biofilms on orthopedic hardware, we identify MRSA distinct optical signature through histogram-based multi-parametric texture analysis of OCT images and support the findings with bioluminescence imaging and scanning electron microscopy. Under identical experimental conditions, we identify an optical signature of Escherichia coli (E. coli) biofilms and use it to distinguish and quantify both species within MRSA–E. coli biofilms.ResultsThe developed OCT-based methodology was successfully tested for (1) MRSA colonies delineation, (2) detection of metal hardware (an important feature for clinical translation where the metal surface of most orthopedic hardware is not flat), (3) automated quantification of biofilm thickness and roughness, and (4) identification of pores and, therefore, ability to evaluate the role of porosity—one of the critical biological metrics in relation to biofilm maturity and response to treatment. For the first time, we demonstrated complex pore structures of thick (>100 microns) MRSA biofilms in situ with an unprecedented level of detail.ConclusionsThe proposed rapid noninvasive detection/quantification of MRSA biofilms on metal surfaces and delineation of their complex network of pores opens new venues for label-free MRSA detection in preclinical models of trauma surgery, expansion to other bacterial strains, and further clinical translation.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».