Cu aceste nanoparticule, un simplu test de urină ar putea diagnostica pneumonia bacteriană: Rezultatele ar putea indica, de asemenea, dacă antibioticele au tratat cu succes infecția

Pneumonie, o boală respiratorie care ucide aproximativ 50,000 oameni din Statele Unite în fiecare an, poate fi cauzată de mulți microbi diferiți, inclusiv bacterii și viruși. Detectarea rapidă a pneumoniei este esențială pentru un tratament eficient, mai ales în cazurile dobândite în spital care sunt adesea mai severe. in orice caz, abordările diagnostice actuale durează adesea câteva zile pentru a returna rezultate definitive, făcând mai greu pentru medici să prescrie tratamentul potrivit.

Un răspuns imun puternic poate fi observat în această imagine de imunofluorescență a țesutului pulmonar infectat cu pneumonie, unde celulele imune sunt colorate în verde și roșu. Imagine: Colin Buss

Cercetătorii MIT au dezvoltat acum o tehnologie bazată pe nanoparticule care ar putea fi folosită pentru a îmbunătăți viteza de diagnosticare. Acest tip de senzor ar putea fi folosit și pentru a monitoriza dacă terapia cu antibiotice a tratat cu succes infecția, spune Sangeeta Bhatia, profesorul John și Dorothy Wilson de Științe și Tehnologie a Sănătății și Inginerie Electrică și Informatică și autorul principal al studiului.

„Dacă simptomele pacientului dispar, atunci presupui că medicamentul funcționează. Dar dacă simptomele pacientului nu dispar, atunci ai vrea să vezi dacă bacteria mai crește. Încercam să rezolvăm această problemă,” spune Bhatia, care este, de asemenea, membru al Institutului Koch pentru Cercetare Integrativă a Cancerului și al Institutului pentru Inginerie și Știință Medicală.

Studentul absolvent Colin Buss și recentul doctorat Jaideep Dudani sunt autorii principali ai lucrării, care apare online nov. 29 în jurnal EBioMedicine. Reid Akana, la senior MIT, și Heather Fleming, director de cercetare pentru laboratorul lui Bhatia, sunt şi autori ai lucrării.

Senzori din corp

Câțiva ani în urmă, Bhatia și colegii ei au dezvoltat a abordare diagnostică care amplifică un semnal de la biomarkerii deja prezenți în organism - în mod specific, enzime numite proteaze, care taie alte proteine. Genomul uman codifică mai mult decât 500 diferite proteaze, fiecare dintre acestea vizează proteine ​​diferite.

Echipa a dezvoltat nanoparticule acoperite cu peptide (proteine ​​scurte) care poate fi tocat de anumite proteaze, precum cele exprimate de celulele canceroase. Când aceste particule sunt injectate în organism, se acumulează în tumori, dacă sunt prezente, iar proteazele de acolo toacă peptidele din nanoparticule. Aceste peptide sunt eliminate ca deșeuri și pot fi detectate printr-un simplu test de urină.

„Lucrăm la această idee că măsurarea activității enzimelor ar putea fi o nouă modalitate de a observa în interiorul corpului.,” spune Bhatia.

În studiile recente, ea a demonstrat că această abordare poate fi folosită pentru a detecta diferite tipuri de cancer, inclusiv foarte mici tumori ovariene, care ar putea permite diagnosticarea mai timpurie a cancerului ovarian.

Pentru noul lor studiu, cercetătorii au vrut să exploreze posibilitatea de a diagnostica infecția prin detectarea proteazelor care sunt produse de microbi. Au început cu o specie de bacterii numită Pseudomonas aeruginosa, care poate provoca pneumonie și este o cauză deosebit de frecventă a cazurilor dobândite în spital. Pseudomonas exprimă o protează numită LasA, așa că cercetătorii au proiectat nanoparticule cu peptide care pot fi scindate de LasA.

Cercetătorii au dezvoltat, de asemenea, un al doilea senzor pe bază de nanoparticule care poate monitoriza răspunsul imun al gazdei la infecție. Aceste nanoparticule sunt acoperite de peptide care sunt scindate de un tip de protează numită elastază, care este produs de celulele imune numite neutrofile.

La unii pacienţi cu pneumonie, chiar dacă un antibiotic elimină bacteriile care provoacă infecția, o radiografie toracică poate arăta în continuare inflamație, deoarece neutrofilele sunt încă active. Using these two sensors together could reveal whether an antibiotic has cleared the infection, în cazurile în care o radiografie toracică arată încă inflamație după tratament.

„Senzorii vă pot ajuta să distingeți dacă există o infecție și inflamație, față de inflamație și fără infecție,” spune Bhatia. „Ceea ce am arătat în lucrare este că atunci când tratezi cu antibioticul potrivit, infecția scade, dar inflamația persistă.”

Cercetătorii au arătat, de asemenea, că dacă au tratat șoarecii cu un antibiotic ineficient, atât nivelul bacteriilor, cât și cel al inflamației au rămas ridicate. Acest tip de test ar putea ajuta la dezvăluirea dacă un antibiotic funcționează, în cazurile în care simptomele pacientului nu s-au ameliorat în câteva zile.

Diagnosticul multor infecții

Pentru acest studiu, cercetătorii au livrat nanoparticulele pe cale intravenoasă, dar acum lucrează la o versiune sub formă de pudră care ar putea fi inhalată.

Bhatia prevede că această abordare ar putea fi utilizată pentru a determina dacă un pacient are pneumonie bacteriană sau virală, ceea ce i-ar ajuta pe medici să decidă dacă pacientului trebuie sau nu să i se administreze antibiotice. Testul definitiv, creșterea unei culturi bacteriene din mucus tusit, durează câteva zile, astfel încât medicii își bazează deciziile pe simptomele pacienților și pe imagistica cu raze X - un proces care poate să nu fie întotdeauna precis.

Pentru a crea un diagnostic mai cuprinzător, Laboratorul lui Bhatia lucrează acum la adăugarea de peptide care ar putea interacționa cu proteazele de la alte tipuri de bacterii care provoacă pneumonie., precum și proteazele pe care sistemul imunitar al gazdei le produce ca răspuns la infecția fie virală, fie bacteriană. Cercetătorii lucrează, de asemenea, la senzori care ar putea distinge cu ușurință între formele active și latente de tuberculoză.

Bhatia și alții au înființat o companie numită Glympse Bio care a licențiat tehnologia de detectare a proteazei și acum lucrează la dezvoltarea senzorilor de protează pentru o posibilă utilizare la om.. Anul urmator, ei plănuiesc să înceapă un studiu clinic de fază I a unui senzor care poate detecta fibroza hepatică, o acumulare de țesut cicatricial care poate duce la ciroză.

Sursă: http://stiri.mit.edu, de Anne Trafton