Используя специализированные наночастицы, инженеры Массачусетского технологического университета разработали способ мониторинга пневмонии и других заболеваний легких путем анализа воздуха, выдыхаемого пациентом. В исследовании на мышах группа показала работу этой системы для мониторинга бактериальной пневмонии, а также дефицита альфа-1-антитрипсина – генетического заболевания легких.
Метод основан на вдыхании газообразного сенсора и последующем анализе выдыхаемого воздуха, который в течение 10 минут сообщит о состоянии легких и о том, работают ли лекарства, которые принимает пациент. Потребуются дополнительные исследования безопасности, прежде чем технологию можно будет использовать на людях, но в экспериментах на мышах никаких признаков токсичности в легких не наблюдалось.
Контролировать дыхание
В течение нескольких лет группа создавала наночастицы, которые можно использовать в качестве синтетических биомаркеров – пептидов, которые не вырабатываются организмом естественным путем, но высвобождаются из наночастиц при контакте с протеазами.
Пептиды, покрывающие наночастицы, можно настроить так, чтобы они расщеплялись различными протеазами, которые связаны с различными заболеваниями. Если пептид отщепляется от наночастиц протеазами в теле пациента, он позже выводится с мочой, где его можно обнаружить с помощью бумажной тест-полоски – исследователи уже разработали способы анализа мочи на пневмонию, рак яичников, рак легких и другие заболевания.
Теперь они обратили внимание на разработку биомаркеров, которые можно было бы обнаружить в выдыхаемом воздухе, а не в моче. Это позволило бы быстрее получать результаты анализов, а также избежать потенциальной трудности с получением образца мочи у пациентов с обезвоживанием. Химически модифицировав пептиды, они прикрепили к ним гидрофторамины – летучие молекулы, которые отщепляются при взаимодействии с протеазами и выдыхаются.
Исследователи разработали метод обнаружения гидрофтораминов в воздухе с помощью масс-спектрометрии. Они испытали датчики на мышиной модели двух заболеваний – бактериальной пневмонии, вызванной Pseudomonas aeruginosa, и дефицита альфа-1-антитрипсина. При обоих этих состояниях активированные иммунные клетки продуцируют протеазу (нейтрофильную эластазу), которая вызывает воспаление.
На обеих моделях заболеваний исследователи показали, что могут обнаружить активность нейтрофильной эластазы в течение примерно 10 минут. Наночастицы вводились мышам эндотрахеально, но возможно введение с помощью ингаляторов, подобных тем, которые используются для лечения астмы.
Умное обнаружение
Исследователи также продемонстрировали, что они могут использовать нанодатчики для контроля эффективности медикаментозного лечения пневмонии и дефицита альфа-1-антитрипсина.
В настоящее время лаборатория работает над созданием новых устройств для обнаружения выдыхаемых маркеров, которые могли бы упростить их использование, потенциально даже позволяя пациентам пользоваться ими дома. Если сейчас в качестве детектора применяется масс-спектрометрия, то в анализаторах следующего поколения авторы планируют создать так называемое умное зеркало, на которое надо будет подышать, или прибор по типу автомобильного алкотестера.
Лаборатория также работает над сенсорами, которые смогут обнаруживать более одного типа протеазы одновременно.
Статья L.W.Chan et al. Engineering synthetic breath biomarkers for respiratory disease опубликована в журнале Nature Nanotechnology.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам MIT News: Exhaled biomarkers can reveal lung disease.
