Realizzazione di chip microfluidici spettroscopici per il rilevamento di mastiti nel latte crudo

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 6041 (2023) Citare questo articolo

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La mastite è una malattia che colpisce direttamente la quantità e la qualità del latte prodotto dalle mucche da latte, che può avere un impatto negativo sul reddito generato dalla vendita del latte. Una grave infiammazione causata da questa malattia mammaria può causare fino a 1 × 106 globuli bianchi per millilitro di latte vaccino. Attualmente, il test della mastite californiano è un test di ispezione chimica popolare, ma il suo tasso di errore superiore al 40% è un fattore significativo nella continua diffusione della mastite. In questo studio, è stato progettato e fabbricato un nuovo dispositivo microfluidico per identificare la mastite normale, subclinica e clinica. Questo dispositivo portatile consente un'analisi precisa dei risultati in un secondo. Il dispositivo è stato progettato per lo screening delle cellule somatiche ed è stato aggiunto un processo di colorazione per identificare le cellule somatiche utilizzando l'analisi del processo di singola cellula. Il principio della fluorescenza è stato utilizzato per identificare lo stato di infezione del latte, che è stato analizzato utilizzando un mini-spettrometro. È stata testata la precisione del dispositivo e si è scoperto che determinava lo stato di infezione con una precisione del 95%, rispetto alla precisione ottenuta utilizzando la macchina Fossomatic. Con l'introduzione di questo nuovo dispositivo microfluidico, si ritiene che la diffusione della mastite nelle vacche da latte possa essere significativamente ridotta, portando ad una qualità più elevata e ad una produzione di latte più redditizia.

La mastite nelle vacche da latte è un problema costante affrontato dagli allevatori poiché influisce direttamente sulla quantità e sulla qualità del latte crudo, con conseguenti notevoli perdite economiche. Si stima che la perdita annuale globale sia pari a circa 30 miliardi di euro1 ed è costituita da perdite significative di latte, scarsa qualità del latte, eliminazione di animali cronicamente infetti e decessi occasionali2. La mastite è un'infiammazione delle ghiandole mammarie causata dall'invasione di alcuni agenti patogeni, allergie o traumi fisici3, che provocano cambiamenti anomali nelle ghiandole mammarie e nel latte. Esistono generalmente due tipi di mastite: mastite clinica e subclinica. Questi si verificano a causa di varie cause, tra cui infezioni batteriche, ferite da tossine infettive o esposizione chimica, la cui causa principale e frequente è l'infezione batterica. La mastite può essere trasmessa da bovino a bovino, aumentandone la diffusione. Se i sintomi della mastite si manifestano dopo un ritardo nella diagnosi, ciò può ostacolare notevolmente la guarigione della vacca da latte per circa 2 settimane. Ciò può provocare cecità e l’incapacità permanente della mucca di produrre latte. Inoltre, la gestione ordinaria della mastite prevede la somministrazione di antibiotici per trattare e prevenire la malattia, il che comporta un serio rischio di resistenza agli antibiotici nella mucca. Esistono due fasi della diagnosi: la prima prevede la valutazione dello stato della malattia per determinarne la presenza, la seconda prevede l'individuazione dell'agente causale. Nelle mastiti gravi, lo stato della malattia può essere giudicato osservando l'aspetto del seno e del latte. Per lo screening della mastite clinica o subclinica, vengono utilizzati test di screening in azienda per l'analisi della conta delle cellule somatiche (SCC), come il test della mastite californiana (CMT). La determinazione della SCC del latte comporta la valutazione delle cellule somatiche (SC) attraverso la microscopia di laboratorio, dove le SC del latte vengono osservate direttamente su vetrini microscopici come cellule colorate e contate utilizzando un operatore. L'analisi dei risultati utilizzando questo metodo richiede molto tempo e richiede la preparazione del campione da parte di specialisti4. La citometria a flusso (FCM) può essere utilizzata per l'analisi relativamente rapida dell'SCC e dei batteri del latte5; questo metodo richiede inoltre il supporto di personale esperto per gestire l'hardware relativamente costoso necessario per l'analisi e altri articoli monouso.

I reagenti CMT possono essere semplicemente utilizzati per il test della mastite e applicati per la stima dell'SCC in un allevamento5. Il reagente utilizzato nel CMT è sodio alchilaril solfonato, basato sul principio che gli acidi nucleici e le cellule di altri elementi vengono rilasciati in presenza di un elevato SCC e di formazione di gel, facilmente rilevabili6,7. Tuttavia, i risultati ottenuti con questo reagente sono falsi positivi o falsi negativi e si osservano sensibilità e specificità basse per SCC6,7,8. Nessuno di questi test ha fornito un valore numerico accurato per l'SCC perché i risultati si basavano sulle caratteristiche morfologiche percepite dall'occhio del soggetto del test, risultando quindi inesattezze. Inoltre, questi test non identificano l'agente patogeno coinvolto e la virulenza dell'infezione ma forniscono solo risultati positivi o negativi per la mastite9,10.