Исследователи из MIT разработали тест дыхания для быстрой диагностики пневмонии

Медицинская диагностика находится на пороге смены парадигмы, которая может превратить сложное исследование дыхательных путей в простое десятиминутное дыхательное упражнение. Исследователи из MIT разрабатывают портативную сенсорную технологию, использующую специализированные наночастицы для обнаружения пневмонии и других заболеваний легких с помощью выдыхаемых биомаркеров.

Научная основа PlasmoSniff: наночастицы и ферменты

Суть этого прорыва заключается в устройстве под названием PlasmoSniff — сенсоре чипового масштаба, предназначенном для захвата и идентификации специфических синтетических соединений, известных как биомаркеры. Процесс диагностики начинается с того, что пациент вдыхает специально разработанные наночастицы. Эти частицы спроектированы так, чтобы присоединяться к биомаркерам в организме, но при этом оставаться стабильными до тех пор, пока они не столкнутся со специфическими ферментами, вырабатываемыми во время инфекции.

У здорового человека эти наночастицы циркулируют и в конечном итоге выходят из организма в неизменном виде. Однако если пациент страдает от такого заболевания, как пневмония, вызванные инфекцией ферменты «отсекают» биомаркеры от частиц. Эти высвобожденные биомаркеры затем выдыхаются, создавая химическую сигнатуру основного заболевания легких, которую сенсор может мгновенно обнаружить.

От лабораторных мышей к портативным клиническим инструментам

Хотя лаборатория профессора Сангиты Бхатии успешно продемонстрировала обнаружение этих наночастиц у мышей еще в 2020 году, технология столкнулась со значительным препятствием при масштабировании: для измерений требовалось лабораторное оборудование, использование которого в обычных врачебных кабинетах нецелесообразно.

Недавний прорыв, совершенный доцентом Лозой Тадессе и ее командой, позволил преодолеть этот разрыв. Используя усовершенствованную форму рамановской спектроскопии — оптического метода, освещающего молекулы светом, — команда доказала, что может обнаруживать выдыхаемые биомаркеры пневмонии даже в крайне низких концентрациях. Это достижение позволяет перейти от громоздкого лабораторного оборудования к ручному портативному прибору, подходящему для клинических условий или даже для домашнего использования.

Значение для будущего экспресс-диагностики

Потенциальное влияние PlasmoSniff выходит далеко за рамки респираторной медицины. Ведущий автор исследования и постдок MIT Адитья Гарг отмечает, что целью является создание устройства, в котором пациент вдыхает наночастицы и примерно через 10 минут выдыхает синтетический биомаркер, сообщающий о состоянии его легких.

Помимо пневмонии, способность технологии «вынюхивать» специфические молекулярные сигнатуры предполагает широкий спектр применения. Как отмечает Тадессе, сенсор в конечном итоге можно будет адаптировать для обнаружения промышленных химикатов или загрязняющих веществ в воздухе, что сделает его универсальным инструментом как для общественного здравоохранения, так и для экологического мониторинга. По мере перехода к децентрализованному здравоохранению такие быстрые неинвазивные диагностические инструменты будут иметь решающее значение для управления глобальными кризисами в области здравоохранения и улучшения результатов лечения пациентов за счет раннего вмешательства.

Основные выводы

• Быстрая диагностика: Технология PlasmoSniff нацелена на предоставление результатов обнаружения пневмонии примерно за 10 минут с помощью простого теста дыхания.
• Инновация в области наночастиц: Система использует модифицированные наночастицы, которые реагируют на специфические ферменты, вызванные инфекцией, для высвобождения обнаруживаемых биомаркеров.
• Повышенная чувствительность: Благодаря интеграции передовой рамановской спектроскопии исследователи обеспечили обнаружение биомаркеров в крайне низких концентрациях в портативном формате.