Zápal plic může způsobovat mnoho různých typů bakterií a virů, bohužel ale neexistuje snadný způsob, jak určit, který mikrob způsobuje onemocnění konkrétního pacienta. Tato nejistota ztěžuje lékařům volbu účinné léčby, protože antibiotika běžně používaná k léčbě bakteriálního zápalu plic pacientům s virovým zápalem plic nepomohou. Omezení používání antibiotik je navíc důležitým krokem k omezení rezistence vůči nim.
Odborníci z MIT ale nyní navrhli senzor, který dokáže virovou a bakteriální infekci zápalu plic rozlišit, což, jak doufají, pomůže efektivněji určit vhodnou léčbu.
"Problém je v tom, že existuje mnoho různých patogenů, které mohou způsobovat různé druhy zápalu plic, a i při nejrozsáhlejším a nejmodernějším testování nelze přibližně u poloviny pacientů konkrétní patogen, který konkrétnímu člověku onemocnění způsobuje, určit. A pokud antibiotiky léčíte virový zápal plic, můžete tím přispět ke vzniku rezistence, což je velký problém, a pacient se neuzdraví," říká Sangeeta Bhatiaová, působící v oboru na několika univerzitách a členka Kochova institutu pro integrovaný výzkum rakoviny.
Ve studii na myších vědci prokázali, že nové senzory dokážou bakteriální a virový zápal plic přesně rozlišit během dvou hodin, a to pomocí jednoduchého testu moči.
Příznaky infekce
Jedním z důvodů, proč rozlišit virový a bakteriální zápal plic bylo obtížné je skutečnost, že existuje mnoho mikrobů, které ho mohou způsobit, včetně bakterií Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae a virů jako respirační syncytiální virus (RSV).
Během vývoje senzorů se výzkumný tým rozhodl soustředit na měření reakce hostitele na infekci, nikoliv na detekci samotného patogenu. Virové a bakteriální infekce totiž vyvolávají odlišné typy imunitních reakcí, které zahrnují aktivaci enzymů zvaných proteázy, které rozkládají bílkoviny. Tým MIT zjistil, že vzorec aktivity těchto enzymů je pro bakteriální I virovou infekci charakteristický.
Lidský genom obsahuje více než 500 proteáz, z nichž mnohé jsou využívány buňkami, které na infekci reagují: včetně T-buněk a neutrofilů. Týmu vedenému Purveshem Khatrim, docentem medicíny a biomedicínské datové vědy na Stanfordově univerzitě, se podařilo identifikovat 39 proteáz, které zřejmě reagují na různé typy infekcí odlišně.
Bhatiaová a její studenti tato data využili k vytvoření 20 různých senzorů, které mohou s danými proteázami interagovat. Senzory se skládají z nanočástic potažených peptidy, které mohou být určitými proteázami štěpeny. Na každý peptid je navázána molekula, která se uvolní, když jsou proteázami štěpeny peptidy, které jsou při infekci regulovány. Tyto molekuly jsou nakonec vyloučeny močí. Moč lze poté analyzovat pomocí hmotnostní spektrometrie a určit, které proteázy jsou v plicích nejaktivnější.
Metoda analýzy moči je vhodná také jako základ pro detekci infekce pomocí papírového proužku, podobně jako u těhotenského testu - to by umožnilo diagnostiku v místě péče. Za tímto účelem výzkumníci identifikovali podskupinu pěti senzorů, které by mohly přiblížit domácí testování na dosah. K potvrzení toho, zda by redukovaný panel fungoval podobně dobře i u lidí, kteří mají větší genetickou a klinickou variabilitu než myši, však bude ještě zapotřebí provést podrobnější výzkum.
Vzorce odezvy
Studie take identifikovala některé vzorce reakce hostitele na různé typy infekcí. U myší s bakteriálními infekcemi se výrazněji projevily proteázy vylučované neutrofily, což se očekávalo, protože neutrofily mají tendenci reagovat více na bakteriální než na virové infekce.
Virové infekce naopak vyvolaly proteázovou aktivitu T-buněk a NK-buněk, které obvykle reagují spíše na virové infekce. Jeden ze senzorů, který generoval nejsilnější signál, byl spojen s proteázou zvanou granzym B, která spouští programovanou buněčnou smrt. Tento senzor byl silně aktivován v plicích myší s virovou infekcí.
Myším byly sensory aplikovány přímo do průdušnice, ale verze určená pro použití u lidí počítá s aplikací pomocí rozprašovače nebo inhalátoru podobného tomu, kteří používají astmatici. Pracuje se také na vývoji dechového analyzátoru k použití namísto testu moči, což by umožnilo zjistit výsledky ještě rychleji.
