Биомаркеры в дыхании помогут определить заболевание легких

Биомаркеры в дыхании помогут определить заболевание легких

08 Sep 2020
37
Прослушать

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.