RAPORT

Wojna na Ukrainie

Przedziwny test. Będzie przełom w podstawowej opiece medycznej?

Obmyślono test, który szybko wykrywa w moczu chorego, czy zapalenie płuc wywołały bakterie czy wirusy (fot. Shutterstock/Marko Aliaksandr)
Obmyślono test, który szybko wykrywa w moczu chorego, czy zapalenie płuc wywołały bakterie czy wirusy (fot. Shutterstock/Marko Aliaksandr)

Właśnie obmyślono oparty o nanocząsteczki test, który szybko wykrywa w moczu chorego, czy zapalenie płuc wywołały bakterie, czy wirusy. Jeśli zostanie uproszczony do formy przypominającej test ciążowy, może być przełomem dla podstawowej opieki medycznej. Czy nie byłoby wspaniale wiedzieć na pewno, czy należy podać antybiotyk w przypadku zapalenia płuc, zwłaszcza jakiemuś maluszkowi?

Pora jądrowa, czyli cud nanotechniki

Czy się stoi, czy się leży, nasze komórki pracują. Ich główna praca polega na tym, że powstają w nich białka na matrycy RNA. RNA bierze się z jądra...

zobacz więcej

W nauce chcielibyśmy prostej logiki, ale czasami ona bywa nieprosta. W chorobach zakaźnych chcielibyśmy wykryć jak najszybciej drobnoustrój chorobotwórczy i, choć bakterie czy wirusy szybko się mnożą i mają w swym wnętrzu DNA lub RNA, nie jest to trywialne. W medycynie chcielibyśmy, by człowiek stojący przed nami z zapaleniem płuc miał na piersiach napisane, czy to, co się z nim dzieje, wywołały bakterie, czy wirusy.

Jest bowiem istotne, czy trzeba podać antybiotyk, a ów będzie skuteczny tylko w przypadku zakażenia bakteryjnego. Podany bez potrzeby nie poprawi stanu pacjenta, a może mu osłabić funkcjonowanie mikrobiomu w jelitach. Co więcej, nadużywanie antybiotyków także w ten sposób, że podaje się je bez potrzeby w czasie infekcji wirusowych, prowadzi do narastania zjawiska oporności na antybiotyki. Sami zatem zabijamy cud medycyny, jakim są prawidłowo stosowane antybiotyki i sami hodujemy superbakterie oporne na wszystko, które potem zabijają ludzi w szpitalach.

Specjaliści od nanocząsteczek i mikrobiologii z MIT (Massachusetts Institute of Technology) pod kierunkiem prof. Sangeety N. Bhatia pochylili się właśnie dlatego nad zagadnieniem, stworzyli test nanotechnologiczny oparty o bardzo oryginalne i nietrywialne, ale prawdziwe założenie kliniczne i u eksperymentalnych gryzoni są w stanie ustalić z bliską stuprocentową pewnością, czy ich zapalenie płuc było bakteryjne, czy wirusowe. A nawet – choć z mniejszą pewnością – jaki z sześciu testowanych czynników etiologicznych pneumonii owo zapalenie wywołał. Swoje niemałe osiągnięcie opisali w połowie czerwca na łamach prestiżowego pisma PNAS.

Mózg, który nie chce jeść, czyli anoreksja

Jadłowstręt, gdy spojrzymy na niego tak prosto, to sprzeczny z instynktem samozachowawczym zestaw zachowań mogących prowadzić do zagłodzenia...

zobacz więcej

Rzecz zaś jest bardzo potrzebna, gdy zauważyć, że nawet przed COVID-19 pozaszpitalne zapalenia płuc (tzw. CAP) od dawna były odpowiedzialne za znaczną zachorowalność i śmiertelność na całym świecie, z ponad 100 tys. zgonów rocznie w samych Stanach Zjednoczonych. W Polsce rocznie choruje kilkaset tysięcy osób.

Jak zauważają autorzy pracy w PNAS, „pandemia COVID-19 pokazała, w jaki sposób projektowanie i produkcja na dużą skalę nowej diagnostyki, która określa etiologię zapalenia płuc, może przynieść korzyści zarówno indywidualnemu leczeniu pacjentów, jak i zdrowiu publicznemu. Niestety etiologia CAP w przypadkach, w których SARS-CoV-2 nie jest sprawcą, pozostaje trudna do ustalenia i często nigdy nie jest identyfikowana. Ponadto objawy kliniczne i parametry radiologiczne są niewystarczająco swoiste, aby odróżnić powszechne przyczyny bakteryjne i wirusowe”.

A jest ich niemało, wśród najbardziej podstawowych są bakterie takie jak Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae, Klebsiella pneumoniae i wirusy grypy czy RSC oraz SARS-CoV-2 i inne koronawirusy.

Nawet w krajach o wysoko rozwiniętej opiece medycznej około połowy wszystkich przypadków tego typu zapalenia płuc pozostaje bez właściwej diagnozy i leczona jest czysto empirycznie. Wcześniejsze klasyczne metody diagnostyczne były oparte o osłuchanie pacjenta i RTG płuc, ewentualnie na próbie wyhodowania drobnoustroju chorobotwórczego – z jego plwociny lub popłuczyn oskrzelowych. To ostatnie już w ramach hospitalizacji.

Świat RNA wyłania się z mroku

Co było pierwsze: jajo czy kura? Jak można zrobić białko bez struktur zawierających białka, jakimi są rybosomy? Uczeni niemieccy chyba mają pomysł.

zobacz więcej

Było to długotrwałe, nawet jeśli ulega dziś automatyzacji. Dawało się przeprowadzać w powszechnie dostępnych laboratoriach mikrobiologicznych zasadniczo wyłącznie w kierunku bakterii. Rozwój biologii molekularnej pozwolił na zaangażowanie diagnostyki opartej o wykrywanie kwasów nukleinowych drobnoustrojów, aczkolwiek z wyjątkiem najnowocześniejszych i wciąż w fazie eksperymentów (o jednej pisałam już na samym początku pandemii na tych łamach, brak jest podejść pozwalających wykryć w jednym teście wiele drobnoustrojów chorobotwórczych.

Zupełnie inna filozofia polegałaby na poszukania w organizmie chorego nie tyle chorobotwórczych drobnoustrojów czy ich kwasów nukleinowych lub białek, ale reakcji pacjenta na ich obecność. Przychodzą to na myśl metody immunologiczne – testy wykrywające przeciwciała pacjenta powstałe w reakcji na drobnoustrój. Problem w tym, że na ich wytworzenie potrzeba minimum tygodnia do 10 dni, będą zaś wykrywane w organizmie chorego przez co najmniej kilka miesięcy po przechorowaniu. Metoda ta zatem nie nadaje się do diagnostyki zapalenia płuc, które właśnie się toczy.

Jednak w odpowiedzi na chorobę tak poważną jak zapalenie płuc, a także na wywołujące ją drobnoustroje organizm nasz nie tylko produkuje przeciwciała – niestety zbyt późno, by miało to głębokie znaczenie diagnostyczne. Cały nasz organizm ulega swoistemu rozregulowaniu – przekazywane jest w nim mnóstwo sygnałów informujących komórki, co jest nie tak.

Uczeni z Uniwersytetu Stanforda pod kierunkiem Purvesha Khatri, współpracując w projekcie MIT, zauważyli, badając publicznie dostępne bazy danych określających aktywność genów ludzi w czasie zapalenia płuc, że rozchwianiu ulegają systemy regulacji homeostazy za pomocą kaskad enzymów proteolitycznych oraz poziomy proteaz istotnych dla funkcjonowania komórek układu odporności.

Zbrodnia przeciwko nauce

Jeden z największych na świecie narodowych banków zasobów genomowych, ten im. V.Ya. Jurieva Narodowej Akademii Nauk Rolniczych Ukrainy z siedzibą w...

zobacz więcej

Genom ludzki koduje ponad 500 proteaz, a wiele z nich jest wykorzystywanych przez komórki reagujące na infekcje, w tym limfocyty T, neutrofile i komórki NK, tak że zidentyfikowano 39 proteaz, które wydają się różnie reagować na różne typy infekcji. Mamy w sobie zatem wiele takich enzymów, to największa grupa enzymów istniejących w ogóle. Są one kluczowe dla nas i wszelkich istot żywych, a także wirusów. Często są miejscami docelowymi działania leków i czasami cechuje je wspaniała dla diagnostyki cecha – ścisła specyficzność peptydowego substratu, który są zdolne zaatakować i przeciąć. 

Tę właśnie cechę postanowili wykorzystać nanotechnolodzy z MIT. Skoro podczas zapalenia płuc rozregulowuje nam się poziom niemal 40 enzymów proteolitycznych, tak że z wzoru ich aktywności widać, czy pacjent ma w płucach chorobotwórczego wirusa czy bakterię, trzeba pacjentowi podać pulę stosownych dla owych proteinaz substratów w formie specjalnie wyznakowanych nanocząsteczek, pozwolić enzymom je pociąć i za dwie-trzy godziny ustalić ilości owych odciętych od nanocząstek znaczników obecnych w moczu pacjenta. Stworzono 20 różnych czujników, które mogą wchodzić w interakcje z tymi proteazami.

Czujniki składają się z nanocząstek pokrytych peptydami, które mogą być rozcinane przez poszczególne proteazy. Każdy peptyd jest znakowany cząsteczką reporterową, która jest uwalniana, gdy dany peptyd jest rozcinany przez proteazy, które podczas infekcji są dodatkowo wytwarzane.

Teraz trzeba analizować mocz metodą spektrometrii masowej, ale skoro daje się odróżnić pneumonię wirusową od bakteryjnej, czas przysiąść i obmyślić znacznie prostszą detekcję, choćby za pomocą reakcji barwnych czy fluorescencji. Tak dobrze działająca postawa aż się prosi o wygodna klinicznie nadbudowę, zasadniczo do wykonania jako szybki test laboratoryjny. Aby dostarczyć nanoczujniki laboratoryjnym myszom, naukowcy wstrzyknęli je bezpośrednio do tchawicy, ale obecnie opracowują wersje do użytku u ludzi, które można podawać za pomocą nebulizatora lub inhalatora. Pracują też nad sposobem na wykrycie wyników za pomocą „alkomatu” w wydychanym powietrzu, zamiast badania moczu, co mogłoby dać wyniki jeszcze szybciej. To jest naprawdę potrzebne, cudownie, że ktoś postanowił to wymyślić.

Aplikacja mobilna TVP INFO na urządzenia mobilne Aplikacja mobilna TVP INFO na urządzenia mobilne
źródło:
Zobacz więcej