Con queste nanoparticelle, un semplice test delle urine potrebbe diagnosticare la polmonite batterica: I risultati potrebbero anche indicare se gli antibiotici hanno trattato con successo l'infezione

Polmonite, una malattia respiratoria che uccide 50,000 persone negli Stati Uniti ogni anno, può essere causato da molti microbi diversi, compresi batteri e virus. Il rilevamento rapido della polmonite è fondamentale per un trattamento efficace, soprattutto nei casi acquisiti in ospedale che sono spesso più gravi. tuttavia, gli attuali approcci diagnostici spesso richiedono diversi giorni per restituire risultati definitivi, rendendo più difficile per i medici prescrivere il trattamento giusto.

Una forte risposta immunitaria può essere vista in questa immagine di immunofluorescenza del tessuto polmonare infetto da polmonite in cui le cellule immunitarie sono colorate di verde e rosso. Immagine: Colin Buss

I ricercatori del MIT hanno ora sviluppato una tecnologia basata su nanoparticelle che potrebbe essere utilizzata per migliorare la velocità della diagnosi. Questo tipo di sensore potrebbe essere utilizzato anche per monitorare se la terapia antibiotica ha trattato con successo l’infezione, dice Sangeeta Bhatia, John e Dorothy Wilson, professori di scienze e tecnologia della salute, ingegneria elettrica e informatica e autori senior dello studio.

“Se i sintomi del paziente scompaiono, allora presumi che il farmaco funzioni. Ma se i sintomi del paziente non scompaiono, allora vorresti vedere se i batteri stanno ancora crescendo. Stavamo cercando di affrontare questo problema," dice Bhatia, che è anche membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research e dell’Institute for Medical Engineering and Science del MIT.

Lo studente laureato Colin Buss e il recente destinatario del dottorato Jaideep Dudani sono gli autori principali dell'articolo, che appare online nel novembre. 29 nel diario EBioMedicina. Reid Akana, all'anziano del MIT, e Heather Fleming, direttore della ricerca per il laboratorio di Bhatia, sono anche gli autori dell'articolo.

Sensori nel corpo

Diversi anni fa, Bhatia e i suoi colleghi hanno sviluppato un approccio diagnostico che amplifica un segnale proveniente dai biomarcatori già presenti nel corpo, in particolare, enzimi chiamati proteasi, che triturano altre proteine. Il genoma umano codifica più di 500 diverse proteasi, ognuno dei quali prende di mira proteine ​​diverse.

Il team ha sviluppato nanoparticelle rivestite con peptidi (proteine ​​corte) che può essere sminuzzato da alcune proteasi, come quelli espressi dalle cellule tumorali. Quando queste particelle vengono iniettate nel corpo, si accumulano nei tumori, se presenti, e le proteasi tagliano i peptidi dalle nanoparticelle. Questi peptidi vengono eliminati come rifiuti e possono essere rilevati con un semplice test delle urine.

“Abbiamo lavorato sull’idea che misurare l’attività enzimatica potrebbe essere un nuovo modo per scrutare l’interno del corpo,dice Bhatia.

In studi recenti, ha dimostrato che questo approccio può essere utilizzato per rilevare diversi tipi di cancro, compreso molto piccolo tumori ovarici, che potrebbe consentire una diagnosi precoce del cancro ovarico.

Per il loro nuovo studio, the researchers wanted to explore the possibility of diagnosing infection by detecting proteases that are produced by microbes. Hanno iniziato con una specie di batteri chiamata Pseudomonas aeruginosa, che può causare polmonite ed è una causa particolarmente comune di casi acquisiti in ospedale. Pseudomonas esprime una proteasi chiamata LasA, quindi i ricercatori hanno progettato nanoparticelle con peptidi che possono essere scissi da LasA.

I ricercatori hanno anche sviluppato un secondo sensore basato su nanoparticelle in grado di monitorare la risposta immunitaria dell’ospite alle infezioni. Queste nanoparticelle sono ricoperte di peptidi che vengono scissi da un tipo di proteasi chiamata elastasi, che è prodotto da cellule immunitarie chiamate neutrofili.

In alcuni pazienti con polmonite, anche se un antibiotico elimina i batteri che causano l’infezione, una radiografia del torace può ancora mostrare un’infiammazione perché i neutrofili sono ancora attivi. L’utilizzo combinato di questi due sensori potrebbe rivelare se un antibiotico ha eliminato l’infezione, nei casi in cui una radiografia del torace mostra ancora infiammazione dopo il trattamento.

“I sensori possono aiutarti a distinguere se c’è un’infezione e un’infiammazione, contro infiammazione e nessuna infezione,dice Bhatia. “Quello che abbiamo mostrato nel documento è che quando si tratta con l’antibiotico giusto, l’infezione diminuisce ma l’infiammazione persiste”.

I ricercatori hanno anche dimostrato che se trattavano i topi con un antibiotico inefficace, sia i livelli di batteri che i livelli di infiammazione sono rimasti elevati. Questo tipo di test potrebbe aiutare a rivelare se un antibiotico funziona, nei casi in cui i sintomi di un paziente non sono migliorati entro pochi giorni.

Diagnosi di molte infezioni

Creare un sensore in grado di rilevare i campi elettromagnetici con precisione spaziale, i ricercatori hanno somministrato le nanoparticelle per via endovenosa, ma ora stanno lavorando su una versione in polvere che potrebbe essere inalata.

Bhatia prevede che questo approccio potrebbe essere utilizzato per determinare se un paziente ha una polmonite batterica o virale, che aiuterebbe i medici a decidere se al paziente debbano essere somministrati antibiotici o meno. La prova definitiva, far crescere una coltura batterica dal muco espulso con la tosse, richiede diversi giorni, quindi i medici basano le loro decisioni sui sintomi dei pazienti e sulle radiografie, un processo che potrebbe non essere sempre accurato.

Per creare una diagnostica più completa, Il laboratorio di Bhatia sta ora lavorando all’aggiunta di peptidi che potrebbero interagire con le proteasi di altri tipi di batteri che causano la polmonite, così come le proteasi che il sistema immunitario ospite produce in risposta all'infezione virale o batterica. I ricercatori stanno anche lavorando su sensori che potrebbero facilmente distinguere tra forme attive e dormienti di tubercolosi.

Bhatia e altri hanno fondato una società chiamata Glympse Bio che ha concesso in licenza la tecnologia di rilevamento della proteasi e sta ora lavorando allo sviluppo di sensori di proteasi per un possibile utilizzo negli esseri umani.. L'anno prossimo, hanno in programma di iniziare una sperimentazione clinica di fase I di un sensore in grado di rilevare la fibrosi epatica, un accumulo di tessuto cicatriziale che può portare alla cirrosi.

fonte: http://news.mit.edu, di Anne Trafton