ด้วยอนุภาคนาโนเหล่านี้, การตรวจปัสสาวะอย่างง่ายสามารถวินิจฉัยโรคปอดบวมจากแบคทีเรียได้: ผลลัพธ์ยังสามารถระบุได้ว่ายาปฏิชีวนะสามารถรักษาโรคติดเชื้อได้หรือไม่

โรคปอดอักเสบ, โรคทางเดินหายใจที่คร่าชีวิตผู้คนไป 50,000 ผู้คนในสหรัฐอเมริกาทุกปี, อาจเกิดจากจุลินทรีย์หลายชนิด, รวมถึงแบคทีเรียและไวรัส. การตรวจพบโรคปอดบวมอย่างรวดเร็วเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการรักษาที่มีประสิทธิภาพ, โดยเฉพาะกรณีที่มาจากโรงพยาบาลซึ่งมักมีอาการรุนแรงกว่า. อย่างไรก็ตาม, วิธีการวินิจฉัยในปัจจุบันมักใช้เวลาหลายวันกว่าจะได้ผลลัพธ์ที่แน่ชัด, ทำให้แพทย์สั่งการรักษาที่ถูกต้องได้ยากขึ้น.

การตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกันที่แข็งแกร่งสามารถเห็นได้ในภาพอิมมูโนฟลูออเรสเซนต์ของเนื้อเยื่อปอดที่ติดเชื้อปอดบวม โดยที่เซลล์ภูมิคุ้มกันจะมีสีเขียวและแดง. ภาพ: โคลิน บัส

ขณะนี้นักวิจัยของ MIT ได้พัฒนาเทคโนโลยีที่ใช้อนุภาคนาโนซึ่งสามารถใช้เพื่อปรับปรุงความเร็วในการวินิจฉัยได้. เซ็นเซอร์ประเภทนี้สามารถใช้เพื่อตรวจสอบว่าการรักษาด้วยยาปฏิชีวนะสามารถรักษาการติดเชื้อได้สำเร็จหรือไม่, Sangeeta Bhatia กล่าว, ศาสตราจารย์จอห์นและโดโรธี วิลสัน สาขาวิทยาศาสตร์สุขภาพและเทคโนโลยี และวิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยาการคอมพิวเตอร์ และผู้เขียนอาวุโสของการศึกษานี้.

“หากอาการของผู้ป่วยหายไป, ถ้าอย่างนั้นคุณก็ถือว่ายากำลังทำงานอยู่. แต่หากอาการของผู้ป่วยไม่ทุเลาลง, ถ้าอย่างนั้นคุณคงอยากจะดูว่าแบคทีเรียยังคงเติบโตอยู่หรือไม่. เรากำลังพยายามแก้ไขปัญหานั้น,"บาเทียกล่าว, ซึ่งเป็นสมาชิกของ Koch Institute for Integrative Cancer Research และ Institute for Medical Engineering and Science ของ MIT.

นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Colin Buss และผู้รับปริญญาเอกล่าสุด Jaideep Dudani เป็นผู้เขียนหลักของบทความนี้, ซึ่งปรากฏออนไลน์ในวันที่ 1 พฤศจิกายน. 29 ในวารสาร อีไบโอเมดิซิน. รีด อัคนา, ถึงรุ่นพี่ MIT, และเฮเทอร์ เฟลมมิง, ผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยของห้องทดลองของ Bhatia, ยังเป็นผู้เขียนบทความอีกด้วย.

เซ็นเซอร์ในร่างกาย

เมื่อหลายปีก่อน, Bhatia และเพื่อนร่วมงานของเธอได้พัฒนา วิธีการวินิจฉัย ที่ขยายสัญญาณจากไบโอมาร์คเกอร์ที่มีอยู่ในร่างกายโดยเฉพาะ, เอนไซม์ที่เรียกว่าโปรตีเอส, ซึ่งไปสับโปรตีนอื่นๆ. จีโนมมนุษย์เข้ารหัสมากกว่า 500 โปรตีเอสที่แตกต่างกัน, ซึ่งแต่ละเป้าหมายมุ่งเป้าไปที่โปรตีนที่แตกต่างกัน.

ทีมงานพัฒนาอนุภาคนาโนที่เคลือบด้วยเปปไทด์ (โปรตีนสั้น) ที่สามารถย่อยได้ด้วยโปรตีเอสบางชนิด, เช่นที่แสดงออกโดยเซลล์มะเร็ง. เมื่ออนุภาคเหล่านี้ถูกฉีดเข้าสู่ร่างกาย, พวกมันสะสมอยู่ในเนื้องอก, หากมีอยู่, และโปรตีเอสที่นั่นจะสับเปปไทด์จากอนุภาคนาโน. เปปไทด์เหล่านี้จะถูกกำจัดเป็นของเสียและสามารถตรวจพบได้โดยการตรวจปัสสาวะแบบง่ายๆ.

“เรากำลังดำเนินการตามแนวคิดนี้ว่าการวัดการทำงานของเอนไซม์อาจเป็นวิธีใหม่ในการตรวจสอบภายในร่างกาย,“บาเทียกล่าว.

ในการศึกษาล่าสุด, เธอได้แสดงให้เห็นว่าวิธีนี้สามารถนำไปใช้ในการตรวจหามะเร็งประเภทต่างๆ ได้, รวมทั้งมีขนาดเล็กมาก เนื้องอกรังไข่, ซึ่งสามารถวินิจฉัยมะเร็งรังไข่ได้เร็วยิ่งขึ้น.

สำหรับการศึกษาครั้งใหม่ของพวกเขา, นักวิจัยต้องการสำรวจความเป็นไปได้ในการวินิจฉัยการติดเชื้อโดยการตรวจหาโปรตีเอสที่ผลิตโดยจุลินทรีย์. พวกมันเริ่มต้นด้วยแบคทีเรียสายพันธุ์หนึ่งที่เรียกว่า Pseudomonas aeruginosa, ซึ่งอาจทำให้เกิดโรคปอดบวมได้และเป็นสาเหตุที่พบบ่อยโดยเฉพาะกรณีที่เข้ารับการรักษาในโรงพยาบาล. ซูโดโมแนส เป็นการแสดงออกถึงโปรตีเอสที่เรียกว่า LasA, ดังนั้นนักวิจัยจึงได้ออกแบบอนุภาคนาโนที่มีเปปไทด์ซึ่งสามารถแยกออกได้โดย LasA.

นักวิจัยยังได้พัฒนาเซ็นเซอร์ที่ใช้อนุภาคนาโนตัวที่สองซึ่งสามารถตรวจสอบการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันของโฮสต์ต่อการติดเชื้อ. อนุภาคนาโนเหล่านี้ถูกปกคลุมไปด้วยเปปไทด์ที่ถูกแยกออกโดยโปรตีเอสชนิดหนึ่งที่เรียกว่าอีลาสเทส, ซึ่งผลิตโดยเซลล์ภูมิคุ้มกันที่เรียกว่านิวโทรฟิล.

ในผู้ป่วยบางรายที่เป็นโรคปอดบวม, แม้ว่ายาปฏิชีวนะจะกำจัดแบคทีเรียที่ทำให้เกิดการติดเชื้อออกไปก็ตาม, การเอ็กซ์เรย์หน้าอกอาจยังคงแสดงอาการอักเสบเนื่องจากนิวโทรฟิลยังคงทำงานอยู่. การใช้เซ็นเซอร์ทั้งสองนี้ร่วมกันสามารถเปิดเผยได้ว่ายาปฏิชีวนะสามารถกำจัดการติดเชื้อได้หรือไม่, ในกรณีที่เอ็กซ์เรย์หน้าอกยังมีอาการอักเสบหลังการรักษา.

“เซ็นเซอร์สามารถช่วยให้คุณแยกแยะระหว่างว่ามีการติดเชื้อและการอักเสบหรือไม่, เทียบกับการอักเสบและไม่มีการติดเชื้อ,“บาเทียกล่าว. “สิ่งที่เราแสดงให้เห็นในรายงานก็คือเมื่อคุณรักษาด้วยยาปฏิชีวนะที่ถูกต้อง, การติดเชื้อลดลงแต่อาการอักเสบยังคงอยู่”

นักวิจัยยังแสดงให้เห็นว่าหากพวกเขารักษาหนูด้วยยาปฏิชีวนะที่ไม่ได้ผล, ทั้งระดับแบคทีเรียและระดับการอักเสบยังคงอยู่ในระดับสูง. การทดสอบประเภทนี้สามารถช่วยเปิดเผยว่ายาปฏิชีวนะกำลังทำงานอยู่หรือไม่, ในกรณีที่อาการของผู้ป่วยไม่ดีขึ้นภายในไม่กี่วัน.

วินิจฉัยการติดเชื้อจำนวนมาก

สำหรับการศึกษาครั้งนี้, นักวิจัยได้ส่งอนุภาคนาโนเข้าเส้นเลือดดำ, แต่ขณะนี้พวกเขากำลังพัฒนาเวอร์ชันผงที่สามารถสูดดมได้.

Bhatia จินตนาการว่าแนวทางนี้สามารถนำไปใช้ในการพิจารณาว่าผู้ป่วยเป็นโรคปอดบวมจากเชื้อแบคทีเรียหรือไวรัสหรือไม่, ซึ่งจะช่วยให้แพทย์ตัดสินใจว่าผู้ป่วยควรได้รับยาปฏิชีวนะหรือไม่. การทดสอบขั้นสุดท้าย, เพาะเลี้ยงแบคทีเรียจากเสมหะที่ไอ, ใช้เวลาหลายวัน, ดังนั้นแพทย์จึงตัดสินใจโดยพิจารณาจากอาการของผู้ป่วยและการถ่ายภาพเอ็กซ์เรย์ ซึ่งเป็นกระบวนการที่อาจไม่ถูกต้องเสมอไป.

เพื่อสร้างการวินิจฉัยที่ครอบคลุมมากขึ้น, ขณะนี้ห้องทดลองของ Bhatia กำลังทำงานเพื่อเพิ่มเปปไทด์ที่อาจทำปฏิกิริยากับโปรตีเอสจากแบคทีเรียประเภทอื่นๆ ที่ทำให้เกิดโรคปอดบวม, เช่นเดียวกับโปรตีเอสที่ระบบภูมิคุ้มกันของโฮสต์สร้างขึ้นเพื่อตอบสนองต่อการติดเชื้อไวรัสหรือแบคทีเรีย. นักวิจัยยังทำงานเกี่ยวกับเซ็นเซอร์ที่สามารถแยกแยะระหว่างวัณโรคที่มีฤทธิ์และอยู่เฉยๆ ได้อย่างง่ายดาย.

Bhatia และคนอื่นๆ ได้ก่อตั้งบริษัทชื่อ Glympse Bio ซึ่งได้รับใบอนุญาตเทคโนโลยีการตรวจจับโปรตีเอส และขณะนี้กำลังพัฒนาเซ็นเซอร์โปรตีเอสสำหรับการใช้งานที่เป็นไปได้ในมนุษย์. ปีหน้า, พวกเขาวางแผนที่จะเริ่มการทดลองทางคลินิกระยะที่ 1 เกี่ยวกับเซ็นเซอร์ที่สามารถตรวจจับการเกิดพังผืดในตับได้, การสะสมของเนื้อเยื่อแผลเป็นที่อาจนำไปสู่โรคตับแข็งได้.

แหล่งที่มา: http://news.mit.edu, “เรารู้สึกตื่นเต้นมากเกี่ยวกับศักยภาพของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในกระเพาะอาหารเพื่อใช้เป็นแพลตฟอร์มสำหรับสุขภาพเคลื่อนที่เพื่อช่วยเหลือผู้ป่วยจากระยะไกล