Podle týmu vývojářů je hlavní výzvou skutečnost, že v etiologii pneumonií se uplatňuje široká škála patogenů, jejichž identifikace se i v rámci nejrozsáhlejšího a nejpokročilejšího testování podaří pouze přibližně u poloviny pacientů. Klíčové pro diagnostiku je také odlišení pneumonie virového původu od bakteriální, a to zejména kvůli způsobu léčby. Podávání antibiotik pacientům s virovou pneumonií představuje neefektivní modalitu terapie s rizikem rozvoje bakteriální rezistence. Vědci z MIT proto vyvinuli diagnostický nástroj, pomocí kterého dokázali ve studii na myších modelech během 2 hodin určit etiologii pneumonie, a to na základě detekce nanočástic v moči.
Vzhledem k velkému množství patogenů vyvolávajících pneumonie se odborníci rozhodli soustředit na „jednodušší“ hledisko, a to na specifické rysy imunitní obrany. Každý z patogenů totiž vyvolává odlišnou imunitní odpověď, která je charakterizovaná tvorbou specifických proteáz. Určité formy proteáz jsou přitom aktivnější při virové nebo bakteriální infekci. V lidském genomu je kódováno více než 500 proteáz, přičemž mnoho z nich je produkováno buňkami imunitního systému, mezi něž patří T lymfocyty, neutrofily a NK buňky.
Z dostupných genetických dat byli vědci schopni identifikovat 39 proteáz, které zřejmě reagují odlišně na různé typy infekčních agens. Následně vytvořili 20 nanočásticových senzorů interagujících s konkrétními proteázami. Senzory jsou složené z nanočástic obalených peptidy, které mohou být rozštěpeny pouze specifickou proteázou. Každý z peptidů je označen reportérovou molekulou, jež se uvolní při rozštěpení peptidu aktivovanou proteázou. Reportérové molekuly jsou vyloučeny do moči, kde je jejich přítomnost následně stanovena pomocí hmotnostní spektrometrie. Díky tomuto testu je tedy možné určit, které proteázy jsou v plicní tkáni nejaktivnější.
Výzkumníci testovali senzory u 5 různých modelů pneumonie, konkrétně u onemocnění vyvolaných bakteriemi Streptococcus pneumoniae, Klebsiella pneumoniae, Haemophilus influenzae a viry influenzy a myší pneumonie. Analýzu výsledků testu moči poté podrobili strojovému učení a díky tomu byli v rámci studie schopni odlišit případy výskytu pneumonie od zdravých kontrol, ale také rozlišit bakteriální a virovou etiologii pomocí zmíněných specifických senzorů. Současně se podařilo odlišit jednotlivé patogeny, avšak s mnohem menší přesností než při diferenciaci bakteriální a virové etiologie.
Senzory byly myším aplikovány injekčně přímo do trachey. V rámci testování této diagnostické metody u lidských pacientů proto vědci vyvíjejí její novou verzi aplikovanou pomocí nebulizátoru či inhalátoru. Současně je ve vývoji i dechový test, kdy by výsledek mohl být odečten přímo z vydechovaného vzduchu, nikoliv z moči, což by mohlo dále urychlit diagnostický proces.
Výzkumníci vytipovali 5 senzorů, které by také v budoucnu mohly být eventuálně použity pro tvorbu diagnostických proužků. Jejich vizí je například možnost domácího testování etiologie pneumonie, obdobně jako je tomu u těhotenského testu. Další výzvu představuje zdokonalení metody tak, aby byla schopna s vysokou přesností odlišit jednotlivé patogeny, nikoliv pouze virovou a bakteriální etiologii onemocnění.
(holi)
Zdroje:
1. Trafton A. Nanoparticle sensor can distinguish between viral and bacterial pneumonia. MIT News, 2022 Jun 13. Dostupné na: https://news.mit.edu/2022/sensor-viral-bacterial-pneumonia-0613
2. Anahtar M., Chan L. W., Ko H. et al. Host protease activity classifies pneumonia etiology. PNAS 2022 Jun 21; 119 (25): e2121778119, doi: 10.1073/pnas.2121778119.
