न्यूमोनियाचे जलद निदानासाठी MIT संशोधकांनी श्वास चाचणी विकसित केली

वैद्यकीय निदान क्षेत्र एका मोठ्या बदलाच्या उंबरठ्यावर आहे, ज्यामुळे श्वसनाशी संबंधित जटिल तपासणी एका साध्या, दहा मिनिटांच्या श्वास घेण्याच्या व्यायामात रूपांतरित होऊ शकते. MIT मधील संशोधक एक पोर्टेबल सेन्सर तंत्रज्ञान विकसित करत आहेत, जे श्वासाद्वारे बाहेर पडणाऱ्या बायोमार्करचा (biomarkers) वापर करून न्यूमोनिया आणि फुफ्फुसांच्या इतर स्थिती शोधण्यासाठी विशेष नॅनोपार्टिकल्सचा (nanoparticles) वापर करते.

PlasmoSniff मधील विज्ञान: नॅनोपार्टिकल्स आणि एन्झाइम्स

या महत्त्वपूर्ण शोधाचा गाभा 'PlasmoSniff' नावाच्या उपकरणात आहे, जो एक चिप-स्केल सेन्सर असून बायोमार्कर म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या विशिष्ट कृत्रिम संयुगांना पकडण्यासाठी आणि ओळखण्यासाठी डिझाइन केला आहे. निदानाची प्रक्रिया रुग्णाने विशेष डिझाइन केलेले नॅनोपार्टिकल्स श्वासाद्वारे आत घेतल्याने सुरू होते. हे कण शरीरातील बायोमार्करला चिकटण्यासाठी तयार केलेले असतात, परंतु संसर्गादरम्यान तयार होणाऱ्या विशिष्ट एन्झाइम्सच्या संपर्कात येईपर्यंत ते स्थिर राहण्यासाठी डिझाइन केलेले असतात.

निरोगी व्यक्तीमध्ये, हे नॅनोपार्टिकल्स रक्ताभिसरणाद्वारे फिरतात आणि शेवटी शरीरातून अखंडित बाहेर पडतात. तथापि, जर रुग्ण न्यूमोनियासारख्या आजाराने ग्रस्त असेल, तर संसर्गामुळे निर्माण झालेले एन्झाइम्स बायोमार्करना कणांपासून (particles) वेगळे करतात. हे मुक्त झालेले बायोमार्कर नंतर श्वासाद्वारे बाहेर सोडले जातात, ज्यामुळे फुफ्फुसांच्या मूळ स्थितीची रासायनिक ओळख मिळते, जी सेन्सर त्वरित शोधू शकतो.

प्रयोगशाळेतील उंदरांपासून हाताळता येणाऱ्या क्लिनिकल साधनांपर्यंत प्रगती

जरी प्रोफेसर संगीता भाटिया यांच्या प्रयोगशाळेने २०२० मध्ये उंदरांमध्ये या नॅनोपार्टिकल डिटेक्शनचे यशस्वी प्रदर्शन केले होते, तरीही या तंत्रज्ञानाला मोठ्या प्रमाणावर विस्तारताना एक मोठा अडथळा आला होता: मोजमापासाठी प्रयोगशाळेतील उपकरणांची आवश्यकता होती, जी सामान्य डॉक्टरांच्या दवाखान्यांमध्ये वापरणे अव्यवहार्य आहे.

असिस्टंट प्रोफेसर लोझा ताडेसे आणि त्यांच्या टीमने केलेल्या अलीकडील महत्त्वपूर्ण शोधामुळे ही दरी भरून निघाली आहे. Raman spectroscopy च्या सुधारित स्वरूपाचा वापर करून—जी एक प्रकाशिक (optical) पद्धत आहे आणि जी रेणूंवर (molecules) प्रकाश टाकते—संशोधक टीमने हे सिद्ध केले आहे की ते श्वासाद्वारे बाहेर पडणारे न्यूमोनिया बायोमार्कर अत्यंत कमी प्रमाणात असले तरीही शोधू शकतात. या प्रगतीमुळे ही प्रणाली मोठ्या प्रयोगशाळा उपकरणांकडून क्लिनिकल सेटिंग्जसाठी किंवा घरगुती वापरासाठी योग्य असलेल्या हाताळता येणाऱ्या, पोर्टेबल उपकरणाकडे वळू शकते.

जलद निदानासाठी भविष्यातील परिणाम

PlasmoSniff चा संभाव्य प्रभाव श्वसन औषधांच्या पलीकडे विस्तारलेला आहे. मुख्य लेखक आणि MIT पोस्टडॉक आदित्य गर्ग यांनी नमूद केले आहे की, याचे ध्येय असे उपकरण तयार करणे आहे जिथे रुग्ण नॅनोपार्टिकल्स श्वासाद्वारे आत घेईल आणि साधारण १० मिनिटांच्या आत, एक कृत्रिम बायोमार्कर श्वासाद्वारे बाहेर सोडेल जो त्यांच्या फुफ्फुसांच्या स्थितीचा अहवाल देईल.

न्यूमोनिया व्यतिरिक्त, विशिष्ट रेणूंच्या खुणा (molecular signatures) "शोधण्याची" या तंत्रज्ञानाची क्षमता विविध उपयोगांकडे निर्देश करते. ताडेसे यांनी म्हटल्याप्रमाणे, हे सेन्सर भविष्यात औद्योगिक रसायने किंवा हवेतील प्रदूषके शोधण्यासाठी देखील वापरले जाऊ शकतात, ज्यामुळे ते सार्वजनिक आरोग्य आणि पर्यावरणीय देखरेख या दोन्हीसाठी एक अष्टपैलू साधन बनेल. जसे आपण विकेंद्रित आरोग्यसेवेकडे (decentralized healthcare) वाटचाल करत आहोत, तसे जागतिक आरोग्य संकट व्यवस्थापित करण्यासाठी आणि लवकर उपचार करून रुग्णांचे आरोग्य सुधारण्यासाठी अशी जलद, नॉन-इनव्हेसिव्ह (non-invasive) निदानात्मक साधने अत्यंत महत्त्वाची ठरतील.

मुख्य मुद्दे

• जलद निदान: PlasmoSniff तंत्रज्ञानाचा उद्देश एका साध्या श्वास चाचणीद्वारे साधारण १० मिनिटांच्या आत न्यूमोनिया निदानाचे निकाल देणे हा आहे.
• नॅनोपार्टिकल नाविन्य: ही प्रणाली इंजिनिअर्ड नॅनोपार्टिकल्सचा वापर करते जे संसर्गामुळे निर्माण होणाऱ्या विशिष्ट एन्झाइम्सना प्रतिसाद देऊन शोधण्यायोग्य बायोमार्कर मुक्त करतात.
• वाढलेली संवेदनशीलता: प्रगत Raman spectroscopy समाविष्ट करून, संशोधकांनी हाताळता येणाऱ्या स्वरूपात अत्यंत कमी प्रमाणात असलेले बायोमार्कर शोधणे शक्य केले आहे.