“الزفير” يمكن أن يكشف عن أمراض الرئة

باستخدام جزيئات النانو المتخصصة، طور مهندسو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا طريقة لرصد الالتهاب الرئوي أو أمراض الرئة الأخرى عن طريق تحليل التنفس الذي يفرزه المريض.

وفي دراسة على الفئران، أظهر الباحثون أنه يمكنهم استخدام هذا النظام لمراقبة الالتهاب الرئوي البكتيري، بالإضافة إلى اضطراب وراثي في ​​الرئتين يسمى نقص ألفا -1 مضاد للتريبسين.

وتقول سانجيتا بهاتيا، أستاذة علوم الصحة والتكنولوجيا والهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، أنه ستكون هناك حاجة إلى مزيد من اختبارات السلامة قبل أن يتاح استخدام هذا النهج في البشر، ولكن في دراسة الفئران، لم يلاحظ الفريق أي علامات سمية في الرئتين.

وشارك في الدراسة، المؤلف الأول وهو ليزلي تشان، طالب دراسات عليا، وميلودي أناهتار، طالب الدراسات العليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وتا سوان أونغ، العضو الفني في مختبر لينكولن في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وكيلسي هيرن، المساعد الفني لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، ورودريك كونز، رئيس مجموعة لينكولن في مختبر لينكولن.

ويعمل مختبر بهاتيا لعدة سنوات، على أجهزة استشعار الجسيمات النانوية التي يمكن استخدامها كـ”مؤشرات حيوية اصطناعية”. وهذه المؤشرات هي الببتيدات التي لا ينتجها الجسم بشكل طبيعي ولكن يتم تحريرها من الجسيمات النانوية عندما تواجه بروتينات تسمى البروتياز.

وإذا تم تشريح الببتيد من الجسيمات النانوية بواسطة البروتياز في جسم المريض، فإنه يقع إفرازه لاحقا في البول، حيث يمكن اكتشافه بشريط مشابه لاختبار الحمل.

وطورت بهاتيا هذا النوع من اختبارات البول للالتهاب الرئوي وسرطان المبيض وسرطان الرئة وأمراض أخرى.

وفي الآونة الأخيرة، حولت انتباهها إلى تطوير المؤشرات الحيوية التي يمكن اكتشافها في التنفس بدلا من البول.

وهذا سيسمح بالحصول على نتائج الاختبار بشكل أسرع، كما يتجنب أيضا الصعوبة المحتملة في الحصول على عينة بول من المرضى الذين قد يعانون من الجفاف، كما تقول بهاتيا.

وأدركت بهاتيا وفريقها أنه من خلال التعديل الكيميائي للببتيدات المرتبطة بالجسيمات النانوية الاصطناعية، يمكنهم تمكين الجسيمات من إطلاق غازات تسمى الهيدروفلورامين التي يمكن أن تخرج في التنفس. وقد ربط الباحثون الجزيئات المتطايرة بنهاية الببتيدات بطريقة تؤدي، عندما تلتصق البروتيز الببتيدات، إلى إطلاقها في الهواء كغاز.

وبالعمل في مختبر لينكولن، ابتكرت بهاتيا وفريقها طريقة للكشف عن الغاز من التنفس باستخدام قياس الطيف الكتلي. ثم قام الفريق باختبار أجهزة الاستشعار في نماذج الفئران لمرضين بالالتهاب الرئوي البكتيري الناجم عن بكتيريا الزائفة الزنجارية (Pseudomonas aeruginosa)، وعوز ألفا1 أنتيتريبسين (alpha-1antitrypsin deficiency).

وخلال هذه الأمراض، تنتج الخلايا المناعية النشطة الببتيداز المسمى neutrophil elastase، والذي يسبب الالتهاب.

ولكل من هذه الأمراض، أظهر الباحثون أنه يمكنهم اكتشاف نشاط neutrophil elastase في غضون نحو 10 دقائق.

وأظهر الباحثون أيضا أنه يمكنهم استخدام أجهزة الاستشعار الخاصة بهم لرصد فعالية العلاج بالعقاقير لكل من الالتهاب الرئوي وعوز ألفا1 أنتيتريبسن.

ويعمل مختبر بهاتيا الآن على تصميم أجهزة جديدة للكشف عن أجهزة استشعار الزفير التي يمكن أن تسهل استخدامها، ما قد يسمح للمرضى باستخدامها في المنزل.