Наночастицы для диагностики бактериальной пневмонии по анализу мочи

Пневмония, от которой ежегодно умирает около 50 000 человек в США, может быть вызвана разными микробами. Быстрая диагностика критически важна для лечения, особенно внутрибольничных инфекций, но текущие методы часто занимают несколько дней.

Исследователи MIT разработали технологию на основе наночастиц для ускорения диагностики. Этот сенсор также может отслеживать эффективность антибиотикотерапии, говорит старший автор исследования Сангита Бхатия.

Ведущие авторы работы — аспирант Колин Басс и недавний выпускник Джайдип Дудани. Статья опубликована 29 ноября в журнале EBioMedicine.

Сенсоры в организме

Несколько лет назад команда создала диагностический подход, усиливающий сигнал от биомаркеров в организме — ферментов протеаз, которые расщепляют белки. Человеческий геном кодирует более 500 различных протеаз.

Исследователи разработали наночастицы, покрытые пептидами (короткими белками), которые могут быть расщеплены определёнными протеазами, например, вырабатываемыми раковыми клетками. При инъекции частицы накапливаются в опухолях, протеазы расщепляют пептиды, и продукты распада можно обнаружить с помощью простого анализа мочи.

В новом исследовании учёные решили диагностировать инфекцию, обнаруживая протеазы, которые производят микробы. Они начали с бактерии Pseudomonas aeruginosa, вызывающей пневмонию. Pseudomonas экспрессирует протеазу LasA, поэтому исследователи создали наночастицы с пептидами, расщепляемыми LasA.

Также был разработан второй сенсор для мониторинга иммунного ответа организма на инфекцию. Эти наночастицы покрыты пептидами, расщепляемыми протеазой эластазой, которую производят иммунные клетки нейтрофилы.

Использование двух сенсоров вместе может показать, устранил ли антибиотик инфекцию, даже если рентген всё ещё показывает воспаление.

«Сенсоры могут помочь различить, есть ли инфекция и воспаление, или только воспаление без инфекции», — говорит Бхатия. Исследование показало, что при правильном лечении антибиотиком инфекция снижается, но воспаление сохраняется. Если антибиотик неэффективен, уровни и бактерий, и воспаления остаются высокими.

Диагностика многих инфекций

В этом исследовании наночастицы вводили внутривенно, но сейчас ведётся работа над порошковой версией для ингаляций.

Бхатия предполагает, что этот подход может определить, бактериальная или вирусная пневмония у пациента, что поможет назначить (или не назначить) антибиотики.

Чтобы создать более комплексную диагностику, лаборатория работает над добавлением пептидов, взаимодействующих с протеазами других бактерий, вызывающих пневмонию, а также протеазами иммунного ответа на вирусную или бактериальную инфекцию. Также ведутся работы по сенсорам для различения активной и спящей форм туберкулёза.

Бхатия и другие основали компанию Glympse Bio, которая лицензировала технологию. В следующем году они планируют начать клинические испытания фазы I сенсора для обнаружения фиброза печени.