Дослідники MIT розробили тест на видих для швидкої діагностики пневмонії

Медична діагностика стоїть на порозі зміни парадигми, яка може перетворити складне дослідження дихальної системи на просту десятихвилинну вправу з дихання. Дослідники з MIT розробляють портативну сенсорну технологію, яка використовує спеціалізовані наночастинки для виявлення пневмонії та інших захворювань легень за допомогою біомаркерів у видиху.

Наукове підґрунтя PlasmoSniff: наночастинки та ферменти

Суть цього прориву полягає в пристрої під назвою PlasmoSniff — сенсорі чипового масштабу, призначеному для захоплення та ідентифікації специфічних синтетичних сполук, відомих як біомаркери. Діагностичний процес починається з того, що пацієнт вдихає спеціально розроблені наночастинки. Ці частинки спроектовані так, щоб приєднуватися до біомаркерів в організмі, але залишатися стабільними, доки не зустрінуть специфічні ферменти, що виробляються під час інфекції.

У здорової людини ці наночастинки циркулюють і зрештою виходять з організму неушкодженими. Однак, якщо пацієнт страждає на таке захворювання, як пневмонія, ферменти, спричинені інфекцією, «відрізають» біомаркери від частинок. Ці звільнені біомаркери потім виходять із видихом, забезпечуючи хімічний підпис на наявне захворювання легень, який сенсор може миттєво виявити.

Від лабораторних мишей до портативних клінічних інструментів

Хоча лабораторія професора Сангіти Бхатії успішно продемонструвала це виявлення наночастинок на мишах ще у 2020 році, технологія зіткнулася зі значним бар'єром масштабування: для вимірювань потрібне обладнання лабораторного рівня, яке є непрактичним для звичайних кабінетів лікарів.

Недавній прорив асистента професора Лози Тадессе та її команди дозволив подолати цей розрив. Використовуючи вдосконалену форму раманівської спектроскопії — оптичного методу, який освітлює молекули світлом — команда довела, що може виявляти біомаркери пневмонії у видиху навіть у надзвичайно низьких концентраціях. Це досягнення дозволяє системі перейти від громіздкого лабораторного обладнання до ручного портативного приладу, придатного для клінічних умов або навіть для домашнього використання.

Значення для майбутнього швидкої діагностики

Потенційний вплив PlasmoSniff виходить далеко за межі респіраторної медицини. Провідний автор та постдок MIT Адітья Гарг зазначає, що метою є створення пристрою, за допомогою якого пацієнт вдихає наночастинки і приблизно протягом 10 хвилин видихає синтетичний біомаркер, що повідомляє про стан його легень.

Окрім пневмонії, здатність технології «винюхувати» специфічні молекулярні підписи передбачає широкий спектр застосувань. Як зазначає Тадессе, сенсор згодом можна буде адаптувати для виявлення промислових хімікатів або забруднювачів повітря, що зробить його універсальним інструментом як для охорони здоров'я, так і для екологічного моніторингу. Оскільки ми рухаємося до децентралізованої охорони здоров'я, такі швидкі неінвазивні діагностичні інструменти матимуть вирішальне значення для управління глобальними кризами охорони здоров'я та покращення результатів лікування пацієнтів завдяки ранньому втручанню.

Основні висновки

• Швидка діагностика: Технологія PlasmoSniff має на меті надати результати виявлення пневмонії приблизно протягом 10 хвилин за допомогою простого тесту на видих.
• Інновація в наночастинках: Система використовує інженерні наночастинки, які реагують на специфічні ферменти, спричинені інфекцією, для вивільнення біомаркерів, що піддаються виявленню.
• Підвищена чутливість: Завдяки інтеграції передової раманівської спектроскопії дослідники забезпечили можливість виявлення біомаркерів у надзвичайно низьких концентраціях у ручному форматі.