Upala pluća može biti uzrokovana s mnogo različitih vrsta bakterija i virusa. Nema jednostavnog načina da se utvrdi koji patogen uzrokuje bolest određenog pacijenta. To otežava liječnicima odabir učinkovitih tretmana. Jer, antibiotici koji se obično koriste za liječenje bakterijske upale pluća neće pomoći pacijentima s virusnom upalom. A ograničavanje uporabe antibiotika važan je korak prema suzbijanju otpornosti na antibiotike.
Olakšati liječenje
Istraživači s MIT-a dizajnirali su senzor koji može razlikovati virusne i bakterijske infekcije upale pluća. Cilj je pomoći liječnicima odabrati odgovarajući tretman.
Specifični patogen koji uzrokuje bolest ne može se identificirati kod otprilike polovice pacijenata. Tim istraživača s MIT-a udružio je različite eksperte. Istraživači zdravstvenih znanosti i tehnologije, elektrotehnike i računarstva na MIT-u, Instituta za medicinsko inženjerstvo i znanost, MIT-ov Koch instituta za integrativno istraživanje raka ali i eksperte sa Stanforda.
U studiji na miševima, istraživači su pokazali da njihovi senzori mogu točno razlikovati bakterijsku i virusnu upalu pluća unutar dva sata, koristeći jednostavan test urina za očitavanje rezultata.
Rad se pojavljuje u Proceedings of the National Academy of Sciences.
Bakterije ili virusi
Među mnogobrojnim uzročnicima kod upala pluća su i bakterije Streptococcus pneumoniae i virus Haemophilus influenzae, te respiratorni sincicijski virus (RSV).
U dizajniranju senzora, istraživački tim odlučio se usredotočiti na mjerenje odgovora domaćina na infekciju, umjesto da pokušava detektirati sami uzročnik. Virusne i bakterijske infekcije izazivaju različite vrste imunoloških odgovora, koji uključuju aktivaciju enzima zvanih proteaze. Oni razgrađuju proteine. Tim MIT-a otkrio je da obrazac aktivnosti tih enzima može poslužiti kao znak bakterijske ili virusne infekcije.
Reakcija na infekciju
Ljudski genom kodira više od 500 proteaza, a mnoge od njih koriste stanice koje reagiraju na infekciju, uključujući T stanice, neutrofile i stanice prirodne ubojice (NK). Tim je prikupio 33 javno dostupna skupa podataka o genima koji se izražavaju tijekom respiratornih infekcija. Analizirajući te podatke, uspjeli su identificirati proteaze za koje se čini da različito reagiraju na različite vrste infekcija.
Senzori za proteaze
Podaci su iskorišteni za stvaranje 20 različitih senzora koji mogu komunicirati s tim proteazama. Senzori se sastoje od nanočestica obloženih peptidima. Cijeli kompleksni mehanizam kod infekcija završava tvarima koje se izlučuju urinom. Analiza spektrometrijom mase može odrediti koje su proteaze najaktivnije u plućima.
Istraživači su testirali svoje senzore na pet različitih mišjih modela upale pluća, uzrokovanih infekcijama Streptococcus pneumoniae, Klebsiella pneumoniae, Haemophilus influenzae, virusom influence i virusom pneumonije miševa.
Razvoj testa preko urina
Nakon očitavanja rezultata testova urina, istraživači su koristili strojno učenje za analizu podataka. Tako su nastali algoritmi koji mogu razlikovati upalu pluća od zdravih kontrolnih osoba. Također, mogu razlikovati je li infekcija virusna ili bakterijska.
Očitavanje na temelju urina također je podložno mogućem testu pomoću trake, slično testu za trudnoću ili drugima. To bi omogućilo dijagnozu na mjestu njege. Istraživanja se nastavljaju ali se naziru i moguća rješenja.
