Биомаркеры в дыхании помогут определить заболевание легких

Используя специализированные наночастицы, американские инженеры из Массачусетского технологического института (МТИ) разработали способ мониторинга пневмонии или других заболеваний легких путем анализа выдоха пациента.

В исследовании с использованием мышей исследователи показали, что они могут использовать эту систему для мониторинга бактериальной пневмонии, а также генетического заболевания легких, называемого дефицитом альфа-1 антитрипсина*.

"Мы предполагаем, что эта технология позволит примерно за 10 минут определить состояние легких пациента, или сообщить, работают ли лекарства, которые он принимает", - говорит Сангета Бхатиа (Sangeeta Bhatia), профессор Массачусетского технологического института.

В этом решении используются сенсоры с наночастицами, которые могут быть использованы в качестве "синтетических биомаркеров". Эти маркеры представляют собой пептиды, которые не вырабатываются организмом естественным образом, но высвобождаются из наночастиц при контакте с белками, называемыми протеазами. Пептиды, покрывающие наночастицы, могут быть настроены таким образом, что их расщепляют различные протеазы, связанные с различными заболеваниями.

Ранее эти ученые разработали на базе этой технологии тест мочи, позволяющий диагностировать пневмонию, рак яичников, рак легких и другие заболевания. Затем они переключились на разработку биомаркеров, которые можно обнаружить в дыхании, а не в моче. Это позволило бы быстрее получить результаты теста, а также избежать потенциальной трудности получения образца мочи от пациентов, которые могут быть обезвожены.

По словам Бхатиа, химически модифицируя пептиды, прикрепленные к синтетическим наночастицам, они могут позволить частицам выделять газы, называемые hydrofluoroamines, которые могут высвобождаться во время дыхания.

Ученые разработали метод обнаружения газа из дыхания с помощью масс-спектрометрии. Затем они протестировали свои сенсоры в мышиных моделях двух заболеваний - бактериальной пневмонии, вызванной Pseudomonas aeruginosa, и дефицита альфа-1 антитрипсина. Во время обоих этих заболеваний активированные иммунные клетки вырабатывают протеазу, называемую эластаза нейтрофилов, которая вызывает воспаление.

Для обоих этих заболеваний исследователи показали, что они могут обнаружить активность этого вещества в течение примерно 10 минут. В этих исследованиях исследователи использовали наночастицы, которые вводились внутривенно, но они также работают над версией, которая может быть ингалирована с помощью устройства, аналогичного ингаляторам, используемым для лечения астмы.

* Дефицит альфа-1-антитрипсина – это наследственное заболевание, возникающее в результате нехватки белкового фермента, предотвращающего разрушительное действие протеаз на лёгочную ткань. У новорождённых проявляется синдромом холестаза, позднее развивается цирроз печени с характерной симптоматикой. У взрослых выявляются синдром бронхиальной обструкции, лёгочная эмфизема, реже - симптомы печёночной недостаточности.