是一種呼吸系統(tǒng)疾病，在美國(guó)每年約有5萬(wàn)人死亡。它可以由許多不同的微生物引起，包括細(xì)菌和病毒。快速檢測(cè)對(duì)于有效治療至關(guān)重要，尤其是在通常更嚴(yán)重的醫(yī)院獲得性病例中。然而，目前的診斷方法通常需要幾天才能恢復(fù)明確的結(jié)果，這使得醫(yī)生更難開(kāi)出正確的治療方案。
麻省理工學(xué)院的研究人員現(xiàn)在開(kāi)發(fā)了一種基于納米粒子的技術(shù)，可以用來(lái)提高診斷速度。該研究的資深作者、約翰和多蘿西威爾遜的電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)教授、衛(wèi)生科學(xué)與技術(shù)教授桑吉塔巴蒂亞(Sangeeta Bhatia)表示，這種類型的傳感器也可以用來(lái)監(jiān)測(cè)抗生素療法是否成功治療了感染。
“如果患者的癥狀消失，那么你認(rèn)為藥物起作用了。但是如果病人的癥狀沒(méi)有消失，那么你要看看細(xì)菌是否還在生長(zhǎng)。我們正在努力解決這個(gè)問(wèn)題，”巴蒂亞也是科赫綜合癌癥研究所和麻省理工學(xué)院醫(yī)學(xué)工程與科學(xué)研究所的成員。
11月29日發(fā)表在《EBioMedicine》雜志上的這篇論文的主要作者是研究生科林巴斯(Colin Buss)和最近的博士生賈迪普杜達(dá)尼(Jaideep Dudani)。麻省理工學(xué)院大四學(xué)生里德阿卡納(Reid Akana)和巴蒂亞實(shí)驗(yàn)室研究主任希瑟弗萊明(Heather Fleming)也是這篇論文的作者。
傳感器在身體里。
幾年前，巴蒂亞和她的同事開(kāi)發(fā)了一種診斷方法，可以放大體內(nèi)已經(jīng)存在的生物標(biāo)志物的信號(hào)——尤其是被稱為蛋白酶的酶，它可以切斷其他蛋白質(zhì)。人類基因組編碼500多種不同的蛋白酶，每種蛋白酶針對(duì)不同的蛋白質(zhì)。
該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了涂有肽(短蛋白)的納米顆粒，這些肽可以被一些蛋白酶切碎，例如癌細(xì)胞表達(dá)的蛋白酶。當(dāng)這些顆粒被注射到體內(nèi)時(shí)，它們會(huì)在腫瘤中積累(如果有的話)，那里的蛋白酶會(huì)從納米顆粒中切割出肽。這些肽作為廢物被排除，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的尿液檢測(cè)來(lái)檢測(cè)。
“我們一直在研究這樣一種想法，即測(cè)量酶活性可能是體內(nèi)同步化的一種新方法，”Bhatia說(shuō)。
在最近的研究中，她證明了這種方法可以用于檢測(cè)不同類型的癌癥，包括非常小的卵巢腫瘤，這可以對(duì)卵巢癌做出早期診斷。
對(duì)于他們的新研究，研究人員希望通過(guò)檢測(cè)微生物產(chǎn)生的蛋白酶來(lái)探索診斷感染的可能性。他們從一種叫做銅綠假單胞菌的細(xì)菌開(kāi)始，這種細(xì)菌可以導(dǎo)致，也是醫(yī)院獲得性病例的一種特別常見(jiàn)的原因。假單胞菌表達(dá)一種叫做LasA的蛋白酶，因此研究人員設(shè)計(jì)了帶有可以被LasA切割的肽的納米顆粒。
研究人員還開(kāi)發(fā)了第二種基于納米粒子的傳感器，可以監(jiān)測(cè)宿主對(duì)感染的免疫反應(yīng)。這些納米顆粒被肽覆蓋，肽被稱為彈性蛋白酶的蛋白酶切割，彈性蛋白酶由稱為中性粒細(xì)胞的免疫細(xì)胞產(chǎn)生。
在一些患者中，即使抗生素清除了引起感染的細(xì)菌，胸部x光片仍可能顯示炎癥，因?yàn)橹行粤＜?xì)胞仍然活躍。將這兩個(gè)傳感器一起使用可以揭示抗生素是否清除了感染，即使胸部x光片在治療后仍然顯示炎癥。
巴蒂亞說(shuō)：“傳感器可以幫助你區(qū)分感染和炎癥、炎癥和非感染?！拔覀?cè)谡撐闹姓故镜氖?，?dāng)你使用適當(dāng)?shù)目股貢r(shí)，感染會(huì)減少，但炎癥會(huì)持續(xù)。”
研究人員還表明，如果他們用無(wú)效的抗生素治療老鼠，細(xì)菌和炎癥的水平將保持很高。如果患者的癥狀在幾天內(nèi)沒(méi)有改善，這項(xiàng)測(cè)試可以幫助揭示抗生素是否有效。
診斷許多感染
在這項(xiàng)研究中，研究人員通過(guò)靜脈注射這些納米顆粒，但他們現(xiàn)在正在開(kāi)發(fā)一種可吸入的粉末。
巴蒂亞設(shè)想，這種方法可以用來(lái)確定患者是患有細(xì)菌性還是病毒性，這將有助于醫(yī)生決定是否給患者使用抗生素。在最后的測(cè)試中，從咳嗽的粘液中培養(yǎng)細(xì)菌培養(yǎng)需要幾天的時(shí)間，所以醫(yī)生會(huì)根據(jù)患者的癥狀和x光成像做出決定——這個(gè)過(guò)程可能并不總是準(zhǔn)確的。
為了創(chuàng)建更全面的診斷，巴蒂亞的實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在正致力于添加肽，這些肽可以與導(dǎo)致的其他類型細(xì)菌的蛋白酶以及宿主免疫系統(tǒng)產(chǎn)生的抗病毒或細(xì)菌感染的蛋白酶相互作用。研究人員還在研究能夠輕松區(qū)分活動(dòng)性結(jié)核病和潛伏性結(jié)核病的傳感器。
Bhatia和其他公司成立了一家名為Glympse Bio的公司，該公司已經(jīng)獲得了蛋白酶?jìng)鞲屑夹g(shù)的許可，目前正在致力于開(kāi)發(fā)可能用于人類的蛋白酶?jìng)鞲衅?。明年，他們?jì)劃開(kāi)始該傳感器的一期臨床試驗(yàn)，該傳感器可以檢測(cè)肝纖維化，這是一種會(huì)導(dǎo)致肝硬化的疤痕組織積累。
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