Пущино. Новости

Яндекс.Погода

вторник, 25 сентября

пасмурно+7 °C

Онлайн трансляция

Учёные из Пущина разработали способ диагностировать туберкулёз по дыханию

07 июня 2018 г., 14:12

Просмотры: 224


Учёные из Института Теоретической и Экспериментальной Биофизики РАН в сотрудничестве с коллегами из Центрального Научно-Исследовательского Института Туберкулёза и при поддержке Российского Научного Фонда разработали метод неинвазивной диагностики туберкулёза на ранней стадии по воздуху, который выдыхает человек. Их статья опубликована в Journal of Breath Research.
«В этом исследовании мы впервые смогли неинвазивно собрать пробы легочной жидкости из выдыхаемого воздуха и обнаружить в пробах  антитела, специфичные к так называемым секретируемым антигенам микобактерий, вызывающих туберкулез. Конечно, нас всех вакцинировали от туберкулёза в детстве, но именно такие антитела при вакцинации у человека не появляются. Антитела, которые мы обнаруживаем в пробах  появляются, если у человека в лёгких размножаются микобактерии, выделяющие эти антигены. Они могут наблюдаться и в том случае, когда человек долго ухаживал за туберкулёзным больным и получил этот антиген извне», ­– рассказал руководитель исследования Виктор Морозов, заведующий лабораторией наноструктур и нанотехнологий  ИТЭБ.
У туберкулеза есть две формы:  скрытая (латентная) и активная острая форма. Носителями туберкулёза является примерно треть населения земли. Эти люди инфицированы, однако в острой форме заболевание у них не развивается и они не заражают окружающих. При переходе туберкулёза в активную форму его симптомы, такие как кашель, температура, изменения в лёгких, которые можно увидеть на рентгене, могут проявляться не сразу, так что на ранней стадии больной может быть уже заразен, но ещё не замечать своей болезни.
Туберкулез вызывают микобактерии, внутриклеточные паразиты, которые живут в макрофагах. Макрофаги — это клетки, которые защищают организм, поглощая и разрушая клетки микробов и вирусов. Однако возбудители некоторых заболеваний научились избегать гибели внутри макрофагов, поселяясь и размножаясь в них самих. В процессе размножения микобактерий они выделяют определённые белки в жидкость, которая покрывает тонким слоем поверхность лёгкого. По присутствию таких белков-маркеров в лёгочной  жидкости можно определить момент начала активного развития туберкулёза. Однако в отличие от крови или мочи, получить пробу лёгочной жидкости непросто.  Например, существует способ бронхоальвеолярного лаважа, при которой лёгкие человека промывают физиологическим раствором. Это весьма  неприятная процедура. Учёные предположили, что этой сложной процедуры можно избежать, улавливая и анализируя ту часть лёгочной жидкости, которая попадает в выдыхаемый воздух в виде микроскопических капелек.
Для улавливания капель легочной жидкости специалисты из ИТЭБ использовали аналог фильтра Петрянова. Фильтры были разработаны в СССР в середине прошлого века для очистки воздуха от радиоактивной пыли в атомной промышленности. В новой работе исследователи модифицировали эту технологию и создали фильтры для сбора и анализа частиц в воздухе. Насадку с таким фильтром можно надеть на бытовой пылесос, прогнать через фильтр воздух, а потом смыть с фильтра собранные им частицы и изучить их состав. Для целей неинвазивной диагностики учёные сконструировали простое и дешёвое одноразовое устройство для сбора микрокапель в выдыхаемом воздухе.
Устройство испытали Института туберкулеза.   Сорок два пациента из тех, кто только поступил в клинику и ещё не проходил лечение, дышали по 10 минут через капроновый фильтр в устройстве, после чего сотрудники института определяли, есть ли в собранном материале биомаркеры туберкулёза. Выяснилось, что  выдыхаемом воздухе отсутствуют  живые микобактерии, ДНК микобактерий и антигены микобактерий, но присутствуют антитела, специфичные к секретируемым  антигенам микобактерии. Эти антитела в очень малых количествах (всего несколько тысяч или десятков тысяч молекул) обнаруживаются в пробах у большинства пациентов. Такие малые количества удалось обнаружить методом  ультрачувствительного иммуноанализа, также разработанного сотрудниками ИТЭБ.  Этот иммуноанализ проводится на многокомпонентном микрочипе и позволяет быстро (за 5-10 минут) определять сразу несколько антител или антигенов.  Таким образом, впервые удалось показать, что в выдыхаемом воздухе присутствуют специфические маркеры заболевания – антитела, вырабатываемые на активно размножающийся возбудитель инфекции. 
Помимо материала, собранного в Институте туберкулёза, учёные исследовали пробы выдыхаемого воздуха, взятые у 13 здоровых добровольцев. Выяснилось, что по присутствию антител, специфичных к патогенам микобактерии удаётся диагностировать  наличие активной формы туберкулёза с чувствительностью и специфичностью около 60-70%. Диагностировать туберкулёз с большей точностью мешает то, что у части здоровых людей, долго контактировавших с больными, в лёгких нарабатываются  такие же антитела, как и у больных. Проблему повышения специфичности  можно решить, если дополнить анализ антител проверкой на ещё один признак инфекции — воспаление в лёгких, которое можно определить по наличию в выдыхаемом воздухе особых регуляторных белков - интерлейкинов. Такая проверка станет следующей задачей исследователей, если проект получит дальнейшее финансирование.
По данным Всемирной организации здравоохранения, в 2016 году от туберкулеза умерло 1,7 миллиона человек. Несмотря на то, что смертность от туберкулёза снижается примерно на 3% в год, это заболевание все ещё находится на девятом месте среди причин смертности в мире. При этом, как отмечается в отчёте ВОЗ по туберкулёзу 2017 года,  большей части смертей можно было бы избежать в случае ранней диагностики заболевания и своевременного лечения.
Таким образом, впервые было показано, что можно безболезненно и неинвазивно собрать пробы из выдыхаемого воздуха и диагностировать инфекцию.  Специалисты ИТЭБ полагают, что разработанный ими метод можно использовать не только для диагностики туберкулёза, но и для диагностики других лёгочных заболеваний, например, хронической обструктивной болезни лёгких — заболевания, которое сейчас выходит на третье место в мире среди причин смертности.


Источник:

Morozov VN, Nikolaev AA, Shlyapnikov YM, Mikheev AY, Shlyapnikova EA, Bagdasaryan TR, Burmistrova IA, Smirnova TG, Andrievskaya IY, Larionova EE, Nikitina IY, Lyadova IV. Non-invasive approach to diagnosis of pulmonary tuberculosis using microdroplets collected from exhaled air. J Breath Res. 2018 Apr 4;12(3):036010 http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1752-7163/aab3f2/meta


На фото: старший научный сотрудник лаборатории наноструктур и нанотехнологий  ИТЭБ РАН, к.б.н. Юрий Шляпников. Фотография пресс-службы ИТЭБ РАН