Новая технология, основанная на наночастицах, способна улучшить скорость и эффективность диагностики пневмонии

Несколько различных микробов, таких как вирусы и бактерии, могут быть причиной возникновения пневмонии, респираторной болезни, которая ежегодно переносит жизни почти 50 000 человек в Соединенных Штатах.

Сильный иммунный ответ можно увидеть в этом изображении иммунофлюоресценции легочной ткани, инфицированной пневмонией, где иммунные клетки окрашены в зеленый цвет и красный. (Image credit: Colin Buss)

Быстрая диагностика пневмонии имеет решающее значение для эффективного лечения, особенно в больничных случаях, которые обычно более тяжелые. Тем не менее, существующие диагностические стратегии обычно нуждаются в нескольких днях, чтобы вернуть окончательные результаты, что затрудняет для врачей правильное лечение

В настоящее время ученые из Массачусетского технологического института создали технологию на основе наночастиц, которая может быть применена для повышения скорости диагностики. Этот датчик можно было даже применять для мониторинга того, действительно ли лечение антибиотиками эффективно лечилось от инфекции, – заявили Сангеета Бхатия, профессор медицинских наук и технологий и электротехники и информатики Джона и Дороти Уилсон, старший автор исследования, который также является членом Института Массачусетского технологического института им. М.Коча и Института медицинской инженерии и науки.

Если симптомы пациента уходят, то вы предполагаете, что препарат работает. Но если симптомы пациента не исчезнут, тогда вы захотите узнать, растет ли бактерии. Мы пытались решить этот вопрос .

Sangeeta Bhatia, профессор, Массачусетс.

Ведущие авторы исследования, опубликованные в Интернете в журнале EBioMedicine от 29 ноября 19459025 года 2018, являются студентами-выпускниками Колин Бусс и недавним получателем PhD Жайдепедом Дудани. Другие авторы статьи – Рейд Акана, старший преподаватель Массачусетского технологического института, и Хизер Флеминг, директор исследования лаборатории Бхатии.

Датчики в теле

Много лет назад Бхатия и ее команда разработали диагностическую стратегию, которая включает в себя усиление сигнала от биомаркеров, уже присутствующих в организме, особенно ферментов, известных как протеазы, которые отрубают другие белки. Геном человека кодирует более 500 различных протеаз, каждый из которых нацелен на различные белки.

Исследователи создали наночастицы, покрытые пептидами или короткими белками, которые могут быть нарезаны специфическими протеазами, например, теми, которые экспрессируются раковыми клетками. При введении в организм эти частицы накапливаются в опухолях, если они существуют, и протеазы, присутствующие там, нарезают пептиды из наночастиц. Эти пептиды удаляются в виде отходов и могут быть обнаружены с помощью простого теста на мочу.

Мы работаем над этой идеей о том, что измерение активности ферментов может быть новым способом всплытия внутри тела .

Sangeeta Bhatia, профессор, Массачусетс.

В недавних исследованиях она продемонстрировала, что эта стратегия может быть применена для выявления различных видов рака, таких как очень небольшие опухоли яичников, которые могут позволить раннюю диагностику рака яичников.

Для своего нового исследования команда намеревалась изучить возможность диагностики инфекции путем обнаружения протеаз, продуцируемых микробами. Они начались с вида бактерий, известных как Pseudomonas aeruginosa что может вызвать пневмонию и является особой распространенной причиной случаев, приобретенных в больницах. Поскольку Pseudomonas выражает протеазу, известную как LasA, команда разработала наночастицы с пептидами, которые могут быть расщеплены LasA.

Команда также создала второй сенсор на основе наночастиц, способный контролировать иммунный ответ хозяина на инфекцию. Эти наночастицы покрыты пептидами, которые расщепляются с помощью протеазы, известной как эластаза, которая образована иммунными клетками, известными как нейтрофилы.

У некоторых пациентов, страдающих от пневмонии, даже если бактерии, вызывающие инфекцию, очищаются антибиотиком, рентгеновский снимок грудной клетки может все еще выявлять воспаление, поскольку нейтрофилы все еще активны. Когда два датчика используются вместе, можно узнать, очистил ли антибиотик инфекцию, в тех случаях, когда рентгенография грудной клетки по-прежнему обнаруживает воспаление после лечения.

Датчики могут помочь вам различать, есть ли инфекция и воспаление, против воспаления и отсутствия инфекции. То, что мы показали в этой статье, состоит в том, что при лечении правым антибиотиком инфекция снижается, но воспаление сохраняется .

Sangeeta Bhatia, профессор, Массачусетс.

Команда также продемонстрировала, что когда мышей лечили неэффективным антибиотиком, уровни воспаления и уровни бактерий оставались высокими. Этот тип теста может помочь выявить, работает ли антибиотик, в тех случаях, когда симптомы пациента не улучшились в течение нескольких дней.

Диагностирование многих инфекций

В рамках этого исследования команда внутривенно доставила наночастицы; однако теперь они работают над порошкообразной версией, которая безопасна для вдыхания.

Bhatia визуализирует, что эта стратегия может быть применена для определения того, имеет ли пациент вирусную или бактериальную пневмонию, что помогло бы врачам решить, следует ли вводить пациент с антибиотиками. Поскольку для окончательного теста требуется несколько дней, то есть, выращивая бактериальную культуру от кашляющей слизи, врачи основывают свои решения на симптомах пациентов и рентгенографии – процесс, который не всегда может быть точным.

. Чтобы разработать более всестороннюю диагностику, в настоящее время лаборатория Bhatia стремится добавить пептиды с потенциалом взаимодействия с протеазами из других видов бактерий, которые вызывают пневмонию, и даже протеазы, продуцируемые иммунной системой хозяина в ответ на бактериальные или вирусной инфекции. Исследователи также работают над датчиками, способными легко дифференцировать активные и неактивные формы туберкулеза.

Bhatia и ее коллеги начали компанию, известную как Glympse Bio, которая лицензировала технологию зондирования протеаз и в настоящее время стремится разработать датчики протеазы для возможного использования на людях. В следующем году они намерены начать клиническое испытание фазы I с датчиком с возможностью обнаружения фиброза печени, накопление рубцовой ткани, которая может вызвать цирроз.

Фонд поддержки Института Коха (основной) Грант Национального института рака, грант Центра центрального здравоохранения Национального института наук об охране окружающей среды и Национальный институт аллергии и инфекционных заболеваний финансировали исследование.

Source link