Polmonite, una malattia respiratoria che uccide circa 50 persone, 000 persone negli Stati Uniti ogni anno, può essere causato da molti microbi diversi, compresi batteri e virus. La rapida individuazione della polmonite è fondamentale per un trattamento efficace, soprattutto nei casi ospedalieri spesso più gravi. Però, gli attuali approcci diagnostici spesso impiegano diversi giorni per restituire risultati definitivi, rendendo più difficile per i medici prescrivere il trattamento giusto.

I ricercatori del MIT hanno ora sviluppato una tecnologia basata sulle nanoparticelle che potrebbe essere utilizzata per migliorare la velocità della diagnosi. Questo tipo di sensore potrebbe essere utilizzato anche per monitorare se la terapia antibiotica ha trattato con successo l'infezione, dice Sangeeta Bhatia, il John e Dorothy Wilson Professore di Scienze e Tecnologia della Salute e Ingegneria Elettrica e Informatica e l'autore senior dello studio.

"Se i sintomi del paziente scompaiono, allora presumi che il farmaco stia funzionando. Ma se i sintomi del paziente non scompaiono, allora vorresti vedere se i batteri stanno ancora crescendo. Stavamo cercando di affrontare questo problema, "dice Bhatia, che è anche membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research e Institute for Medical Engineering and Science del MIT.

Lo studente laureato Colin Buss e il recente dottorato di ricerca. destinatario Jaideep Dudani sono gli autori principali del documento, che appare online il 29 novembre sulla rivista EBioMedicina . Reid Akana, un senior del MIT, e Heather Fleming, direttore della ricerca per il laboratorio di Bhatia, sono anche autori dell'articolo.

Sensori nel corpo

Diversi anni fa, Bhatia e i suoi colleghi hanno sviluppato un approccio diagnostico che amplifica un segnale proveniente da biomarcatori già presenti nel corpo, in particolare, enzimi chiamati proteasi, che sminuzzano altre proteine. Il genoma umano codifica più di 500 diverse proteasi, ognuno dei quali mira a proteine ​​diverse.

Il team ha sviluppato nanoparticelle ricoperte di peptidi (proteine ​​corte) che possono essere sminuzzate da alcune proteasi, come quelli espressi dalle cellule cancerose. Quando queste particelle vengono iniettate nel corpo, si accumulano nei tumori, se sono presenti, e le proteasi lì tagliano i peptidi dalle nanoparticelle. Questi peptidi vengono eliminati come rifiuti e possono essere rilevati da un semplice test delle urine.

"Abbiamo lavorato su questa idea che misurare l'attività enzimatica potrebbe essere un nuovo modo per sbirciare all'interno del corpo, "dice Bhatia.

In studi recenti, ha dimostrato che questo approccio può essere utilizzato per rilevare diversi tipi di cancro, compresi tumori ovarici molto piccoli, che potrebbe consentire una diagnosi precoce del cancro ovarico.

Per il loro nuovo studio, i ricercatori volevano esplorare la possibilità di diagnosticare l'infezione rilevando le proteasi prodotte dai microbi. Hanno cominciato con una specie di batteri chiamata Pseudomonas aeruginosa , che può causare polmonite ed è una causa particolarmente comune di casi acquisiti in ospedale. Pseudomonas esprime una proteasi chiamata LasA, così i ricercatori hanno progettato nanoparticelle con peptidi che possono essere scissi da LasA.

I ricercatori hanno anche sviluppato un secondo sensore basato su nanoparticelle in grado di monitorare la risposta immunitaria dell'ospite all'infezione. Queste nanoparticelle sono ricoperte da peptidi che vengono scissi da un tipo di proteasi chiamata elastasi, che è prodotto da cellule immunitarie chiamate neutrofili.

In alcuni pazienti con polmonite, anche se un antibiotico elimina i batteri che causano l'infezione, una radiografia del torace può ancora mostrare un'infiammazione perché i neutrofili sono ancora attivi. L'uso di questi due sensori insieme potrebbe rivelare se un antibiotico ha eliminato l'infezione, nei casi in cui una radiografia del torace mostra ancora infiammazione dopo il trattamento.

"I sensori possono aiutarti a distinguere se c'è un'infezione e un'infiammazione, contro infiammazione e nessuna infezione, "Bhatia dice. "Quello che abbiamo mostrato nel documento è che quando si tratta con l'antibiotico giusto, l'infezione va giù ma l'infiammazione persiste."

I ricercatori hanno anche dimostrato che se trattavano i topi con un antibiotico inefficace, sia i livelli di batteri che i livelli di infiammazione sono rimasti alti. Questo tipo di test potrebbe aiutare a rivelare se un antibiotico sta funzionando, nei casi in cui i sintomi di un paziente non sono migliorati entro pochi giorni.

Diagnosi di molte infezioni

Per questo studio, i ricercatori hanno consegnato le nanoparticelle per via endovenosa, ma ora stanno lavorando a una versione in polvere che potrebbe essere inalata.

Bhatia prevede che questo approccio possa essere utilizzato per determinare se un paziente ha una polmonite batterica o virale, che aiuterebbe i medici a decidere se al paziente devono essere somministrati antibiotici o meno. La prova definitiva, far crescere una coltura batterica dal muco espulso, dura diversi giorni, quindi i medici basano le loro decisioni sui sintomi dei pazienti e sull'imaging a raggi X, un processo che potrebbe non essere sempre accurato.

Per creare una diagnostica più completa, Il laboratorio di Bhatia sta ora lavorando per aggiungere peptidi che potrebbero interagire con le proteasi di altri tipi di batteri che causano la polmonite, così come le proteasi che il sistema immunitario dell'ospite produce in risposta a un'infezione virale o batterica. I ricercatori stanno anche lavorando su sensori che potrebbero facilmente distinguere tra forme attive e dormienti di tubercolosi.

Bhatia e altri hanno avviato una società chiamata Glympse Bio che ha concesso in licenza la tecnologia di rilevamento della proteasi e sta ora lavorando allo sviluppo di sensori di proteasi per un possibile utilizzo nell'uomo. L'anno prossimo, hanno in programma di iniziare una sperimentazione clinica di fase I di un sensore in grado di rilevare la fibrosi epatica, un accumulo di tessuto cicatriziale che può portare alla cirrosi.