Используя специализированные наночастицы, инженеры MIT разработали способ мониторинга пневмонии или других заболеваний легких путем анализа дыхания, выдыхаемого пациентом.
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 полоски бумаги, похожей на тест на беременность
Инженеры MIT разработали датчики наночастиц, которые могут диагностировать заболевания легких. Если связанный с болезнью белок присутствует в легких, этот белок отщепляет газообразную молекулу от наночастиц, и этот газ может быть обнаружен в дыхании пациента.
Исследование фактически основано на предыдущей работе, выполненной учеными из лаборатории биолога Сангиты Н. Бхатиа, которая ранее в этом году продемонстрировала анализ мочи, который может выявить биомаркеры рака легких. Технология состоит из наночастиц, покрытых определенными пептидами, которые взаимодействуют с белками, называемыми протеазами, которые связаны с целым рядом заболеваний.
Протеазы отщепляют пептиды от наночастиц, которые затем выводятся с мочой, чтобы выявить наличие определенных заболеваний. Изменяя пептидное покрытие наночастиц, они могут быть настроены для реакции с протеазами, связанными с различными заболеваниями, с командой, ранее использовавшей этот подход для обнаружения ранних признаков пневмонии, рака яичников и толстой кишки, также через мочу.
Благодаря постоянным экспериментам, команда теперь адаптировала технологию, чтобы ее можно было использовать для выявления заболеваний через дыхание. Это включало дальнейшую химическую настройку пептидов и прикрепление летучих молекул, которые позволяют наночастицам выделять газы, называемые гидрофтораминами, которые можно обнаружить при выдыхаемом дыхании.
Моделируя заболевание бактериальной пневмонии и генетического заболевания легких у мышей, называемого дефицитом альфа-1-антитрипсина, исследователи смогли обнаружить болезни дыхания с помощью масс-спектрометрии. Они сделали это путем поиска активности протеазы, называемой нейтрофильной эластазой, которая вырабатывается иммунными клетками при обоих заболеваниях и может быть обнаружена в течение примерно 10 минут. Исследователи также продемонстрировали, что эта методика может быть использована для контроля эффективности медикаментозного лечения обоих заболеваний.
Команда надеется использовать эти многообещающие результаты, внося дальнейшие улучшения в технологию контроля дыхания. Например, наночастицы в настоящее время вводятся непосредственно в трахею мышей, но исследователи работают над версиями, которые можно вдыхать с помощью устройства, похожего на ингалятор при астме. Они также надеются разработать датчики, которые могут обнаруживать более одного типа протеазы за один раз, но им необходимо будет провести дополнительные испытания безопасности перед применением этой технологии на людях, хотя никаких признаков токсичности в легких мышей обнаружено не было.
«Мы предполагаем, что эта технология позволит вам вдыхать датчик, а затем выдыхать летучий газ в течение примерно 10 минут, который сообщает о состоянии ваших легких и о том, работают ли лекарства, которые вы принимаете», - говорит Бхатия.
