باحثون في MIT يطورون اختبار تنفس للتشخيص السريع للالتهاب الرئوي

تقف التشخيصات الطبية على أعتاب تحول جذري قد يحول التقييم التنفسي المعقد إلى تمرين تنفس بسيط يستغرق عشر دقائق. يعمل الباحثون في MIT على تطوير تقنية استشعار محمولة تستخدم جسيمات نانوية متخصصة للكشف عن الالتهاب الرئوي وحالات الرئة الأخرى من خلال المؤشرات الحيوية التي يتم زفيرها.

العلم وراء PlasmoSniff: الجسيمات النانوية والإنزيمات

يكمن جوهر هذا الاختراق في جهاز يُطلق عليه اسم PlasmoSniff، وهو مستشعر بمقياس الرقاقة مصمم لاحتجاز وتحديد مركبات اصطناعية محددة تُعرف باسم المؤشرات الحيوية (biomarkers). تبدأ عملية التشخيص بقيام المريض باستنشاق جسيمات نانوية مصممة خصيصًا؛ حيث تم هندسة هذه الجسيمات لتلتصق بالمؤشرات الحيوية في الجسم، ولكنها مصممة لتبقى مستقرة ما لم تواجه إنزيمات معينة يتم إنتاجها أثناء العدوى.

في الشخص السليم، تدور هذه الجسيمات النانوية وتخرج من الجسم في النهاية دون تغيير. ومع ذلك، إذا كان المريض يعاني من مرض مثل الالتهاب الرئوي، فإن الإنزيمات الناتجة عن العدوى تقوم "بقص" المؤشرات الحيوية بعيدًا عن الجسيمات. بعد ذلك، يتم زفير هذه المؤشرات الحيوية المتحررة، مما يوفر بصمة كيميائية لحالة الرئة الكامنة التي يمكن للمستشعر اكتشافها على الفور.

الانتقال من فئران المختبر إلى الأدوات السريرية المحمولة باليد

بينما نجح مختبر البروفيسورة Sangeeta Bhatia في إثبات عملية الكشف عن الجسيمات النانوية هذه في الفئران في عام 2020، واجهت التكنولوجيا عقبة كبيرة في التوسع: حيث كانت القياسات تتطلب أجهزة بمستوى المختبرات، وهو أمر غير عملي في عيادات الأطباء العادية.

وقد نجح اختراق حديث حققته الأستاذة المساعدة Loza Tadesse وفريقها في سد هذه الفجوة. فمن خلال استخدام شكل مطور من Raman spectroscopy — وهي تقنية بصرية تضيء الجزيئات بالضوء — أثبت الفريق قدرتهم على اكتشاف المؤشرات الحيوية للالتهاب الرئوي التي يتم زفيرها حتى في التركيزات المنخفضة للغاية. ويسمح هذا التقدم للنظام بالانتقال من معدات المختبر الضخمة إلى أداة محمولة باليد ومحمولة مناسبة للإعدادات السريرية أو حتى للاستخدام المنزلي.

التداعيات على مستقبل التشخيص السريع

يمتد التأثير المحتمل لـ PlasmoSniff إلى ما هو أبعد من طب الجهاز التنفسي. ويشير المؤلف الرئيسي وباحث ما بعد الدكتوراه في MIT، Aditya Garg، إلى أن الهدف هو ابتكار جهاز يستنشق فيه المريض الجسيمات النانوية، وفي غضون 10 دقائق تقريبًا، يزفر مؤشرًا حيويًا اصطناعيًا يوضح حالة رئتيه.

وبالإضافة إلى الالتهاب الرئوي، فإن قدرة هذه التكنولوجيا على "شم" بصمات جزيئية محددة تشير إلى مجموعة واسعة من التطبيقات. وكما تشير Tadesse، يمكن تكييف المستشعر في النهاية للكشف عن المواد الكيميائية الصناعية أو الملوثات المحمولة جواً، مما يجعله أداة متعددة الاستخدامات لكل من الصحة العامة والمراقبة البيئية. ومع توجهنا نحو الرعاية الصحية اللامركزية، ستكون أدوات التشخيص السريعة وغير الجراحية هذه حاسمة في إدارة الأزمات الصحية العالمية وتحسين نتائج المرضى من خلال التدخل المبكر.

النقاط الرئيسية

  • التشخيص السريع: تهدف تقنية PlasmoSniff إلى توفير نتائج الكشف عن الالتهاب الرئوي في غضون 10 دقائق تقريبًا عبر اختبار تنفس بسيط.
  • ابتكار الجسيمات النانوية: يستخدم النظام جسيمات نانوية مهندسة تتفاعل مع إنزيمات محددة ناتجة عن العدوى لإطلاق مؤشرات حيوية يمكن اكتشافها.
  • حساسية معززة: من خلال دمج تقنية Raman spectroscopy المتقدمة، تمكن الباحثون من اكتشاف المؤشرات الحيوية بتركيزات منخفضة للغاية في شكل جهاز محمول باليد.