Mit diesen Nanopartikeln, Ein einfacher Urintest könnte eine bakterielle Lungenentzündung diagnostizieren: Die Ergebnisse könnten auch zeigen, ob Antibiotika die Infektion erfolgreich behandelt haben

Lungenentzündung, eine Atemwegserkrankung, die etwa tötet 50,000 Menschen in den Vereinigten Staaten jedes Jahr, kann durch viele verschiedene Mikroben verursacht werden, einschließlich Bakterien und Viren. Eine schnelle Erkennung einer Lungenentzündung ist entscheidend für eine wirksame Behandlung, insbesondere bei im Krankenhaus erworbenen Fällen, die oft schwerwiegender sind. jedoch, Derzeitige diagnostische Ansätze benötigen oft mehrere Tage, um endgültige Ergebnisse zu liefern, Dies erschwert es den Ärzten, die richtige Behandlung zu verschreiben.

Eine starke Immunantwort ist in diesem Immunfluoreszenzbild von Lungengewebe zu sehen, das mit einer Lungenentzündung infiziert ist, wo Immunzellen grün und rot gefärbt sind. Bild: Colin Busse

MIT-Forscher haben jetzt eine auf Nanopartikeln basierende Technologie entwickelt, mit der die Diagnose schneller durchgeführt werden könnte. Diese Art von Sensor könnte auch verwendet werden, um zu überwachen, ob eine Antibiotikatherapie die Infektion erfolgreich behandelt hat, sagt Sangeeta Bhatia, John und Dorothy Wilson Professor für Gesundheitswissenschaften und Technologie und Elektrotechnik und Informatik und der leitenden Autor der Studie.

„Wenn die Symptome des Patienten gehen weg, dann annehmen, dass Sie das Medikament arbeitet. Aber wenn die Symptome des Patienten gehen nicht weg, dann würden Sie die Bakterien immer noch sehen wollen, wenn wächst. Wir haben versucht, dieses Problem zu beheben,“, Sagt Bhatia, der auch ein Mitglied des MIT-Koch-Instituts für Integrative Krebsforschung und Institut für Medizintechnik und Wissenschaft.

Der Doktorand Colin Buss und der kürzlich promovierte Jaideep Dudani sind die Hauptautoren der Veröffentlichung, November online erscheint. 29 in der Zeitschrift EBioMedizin. Reid Akana, an MIT senior, und Heather Fleming, Forschungsdirektor für Bhatias Labor, sind auch Autoren der Arbeit.

Sensoren im Körper

Vor einigen Jahren, Bhatia und ihre Kollegen entwickelten a diagnostischer Ansatz die ein Signal von Biomarkern verstärkt, die bereits im Körper vorhanden sind – insbesondere, Enzyme, die Proteasen genannt werden, die andere Proteine ​​zerkleinern. Das menschliche Genom kodiert mehr als 500 verschiedene Proteasen, die jeweils auf unterschiedliche Proteine ​​abzielen.

Das Team entwickelte mit Peptiden beschichtete Nanopartikel (kurze Proteine) die von bestimmten Proteasen zerhackt werden können, wie sie von Krebszellen exprimiert werden. Wenn diese Partikel in den Körper injiziert werden, sie reichern sich in Tumoren an, falls welche vorhanden sind, und Proteasen hacken dort die Peptide aus den Nanopartikeln. Diese Peptide werden als Abfall ausgeschieden und können durch einen einfachen Urintest nachgewiesen werden.

„Wir haben an dieser Idee gearbeitet, dass die Messung der Enzymaktivität eine neue Möglichkeit sein könnte, in den Körper zu blicken,“, sagt Bhatia.

In neueren Studien, Sie hat gezeigt, dass dieser Ansatz zur Erkennung verschiedener Krebsarten eingesetzt werden kann, darunter sehr klein Eierstocktumoren, was eine frühere Diagnose von Eierstockkrebs ermöglichen könnte.

Für ihr neues Studium, Die Forscher wollten die Möglichkeit der Diagnose einer Infektion durch den Nachweis von Proteasen untersuchen, die von Mikroben produziert werden. Sie begannen mit einer Bakterienart namens Pseudomonas aeruginosa, die Lungenentzündung verursachen kann und eine besonders häufige Ursache für im Krankenhaus erworbene Fälle ist. Pseudomonas exprimiert eine Protease namens LasA, so die Forscher, Nanopartikel mit Peptiden, die von LASA gespalten werden können.

Die Forscher entwickelten außerdem einen zweiten Nanopartikel-basierten Sensor, der die Host-Immunantwort auf eine Infektion überwachen. Diese Nanopartikel werden in Peptide abgedeckt, die durch eine Art von Protease genannt Elastase gespalten werden, die durch Immunzellen genannt Neutrophilen produziert.

Bei einigen Patienten mit Lungenentzündung, selbst wenn ein Antibiotikum die Bakterien beseitigt, die die Infektion verursachen, Eine Röntgenaufnahme des Brustkorbs kann immer noch eine Entzündung zeigen, da die Neutrophilen noch aktiv sind. Die gemeinsame Verwendung dieser beiden Sensoren könnte zeigen, ob ein Antibiotikum die Infektion beseitigt hat, in Fällen, in denen eine Röntgenaufnahme des Brustkorbs nach der Behandlung immer noch eine Entzündung zeigt.

„Die Sensoren können Ihnen helfen, zwischen einer Infektion und einer Entzündung zu unterscheiden, gegen Entzündung und keine Infektion,“, sagt Bhatia. „Was wir in der Arbeit gezeigt haben, ist, dass man mit dem richtigen Antibiotikum behandelt, die Infektion geht zurück, aber die Entzündung bleibt bestehen.“

Das zeigten die Forscher auch, wenn sie Mäuse mit einem unwirksamen Antibiotikum behandelten, Sowohl die Bakterienwerte als auch die Entzündungswerte blieben hoch. Diese Art von Test könnte helfen herauszufinden, ob ein Antibiotikum wirkt, in Fällen, in denen sich die Symptome eines Patienten nicht innerhalb weniger Tage gebessert haben.

Diagnose vieler Infektionen

Für diese Studie, Die Forscher verabreichten die Nanopartikel intravenös, aber sie arbeiten jetzt an einer pulverisierten Version, die inhaliert werden könnte.

Bhatia stellt sich vor, dass dieser Ansatz verwendet werden könnte, um festzustellen, ob ein Patient eine bakterielle oder virale Lungenentzündung hat, Dies würde den Ärzten bei der Entscheidung helfen, ob dem Patienten Antibiotika verabreicht werden sollten oder nicht. Der definitive Test, Anzucht einer Bakterienkultur aus ausgehustetem Schleim, dauert mehrere Tage, Daher stützen die Ärzte ihre Entscheidungen auf die Symptome der Patienten und die Röntgenbildgebung – ein Prozess, der möglicherweise nicht immer genau ist.

Um eine umfassendere Diagnose zu erstellen, Bhatias Labor arbeitet nun daran, Peptide hinzuzufügen, die mit Proteasen anderer Bakterienarten interagieren könnten, die Lungenentzündungen verursachen, sowie Proteasen, die das Wirtsimmunsystem als Reaktion auf eine virale oder bakterielle Infektion produziert. Die Forscher arbeiten auch an Sensoren, die leicht zwischen aktiver und schlafender Tuberkulose unterscheiden könnten.

Bhatia und andere haben ein Unternehmen namens Glympse Bio gegründet, das die Protease-Sensortechnologie lizenziert hat und nun an der Entwicklung von Protease-Sensoren für den möglichen Einsatz beim Menschen arbeitet. Nächstes Jahr, Sie planen, eine klinische Phase-I-Studie mit einem Sensor zu beginnen, der Leberfibrose erkennen kann, eine Ansammlung von Narbengewebe, die zu einer Zirrhose führen kann.

Quelle: http://news.mit.edu, von Anne Trafton