Pamirškite varginantį rentgeną: naujas jutiklis plaučių ligas nustatys tiesiog iš jūsų kvėpavimo

Ateityje laukti krūtinės ląstos rentgeno ar laboratorinių tyrimų, kad būtų diagnozuotas plaučių uždegimas ir kitos su plaučiais susijusios ligos, gali nebereikėti. Tyrėjai pristatė nešiojamo jutiklio prototipą, kuris tokias būkles potencialiai galėtų nustatyti iš žmogaus kvėpavimo.

Prietaisas veiktų analizuodamas specialias nanodaleles, kurias pacientas pirmiausia įkvepia. Vėliau, jas iškvepiant, nanodalelės „atsineša“ prie jų prisijungusius bižymenis, galinčius parodyti ligos požymius giliai organizme.

Prototipą sukūrė Masačusetso technologijos instituto („MIT“) komanda. Prietaisas pavadintas „PlasmoSniff“.

Kol kas jis dar nebuvo išbandytas su žmonėmis – testai atlikti tik su pelėmis. Tai reiškia, kad prieš pritaikymą medicinos įstaigose reikės papildomų tyrimų, tačiau mokslininkai teigia matantys didelį šios idėjos potencialą.

Pasak komandos, atlikus daugiau bandymų, jutiklis galėtų tapti greita ir patogia priemone klinikose ar net namuose, nereikalaujančia sudėtingos laboratorinės elektronikos, kuri paprastai būna tik ligoninėse.

„Praktiškai įsivaizduojame, kad pacientas įkvėptų nanodalelių ir maždaug per 10 minučių iškvėptų sintetinį bižymenį, kuris atspindėtų plaučių būklę“, – teigė mechanikos inžinierius Aditya Garg.

„Mūsų naujoji „PlasmoSniff“ technologija leistų šiuos iškvepiamus bižymenis aptikti per kelias minutes vietoje“, – pridūrė jis.

Nanodalelės, kurias aptinka jutiklis, kuriamos jau ne vienerius metus. Su jomis susieti bižymenys, arba cheminės žymos, atsiskiria tuomet, kai susiduria su tam tikrais proteazių fermentais – specifiniais baltymų fragmentais, būdingais konkrečioms ligoms.

Taip tyrėjai gauna signalą, ko ieškoti, tačiau šių bižymenų iškvepiami kiekiai yra labai maži. Kad būtų galima aptikti tokius menkus pėdsakus, ši sistema naudoja metodą, vadinamą plazmonika – šviesos tyrimu ir valdymu. Būtent iš čia ir kilo pavadinimas „PlasmoSniff“.

Konkrečiai, jutiklis remiasi Ramano spektroskopija – technika, kai šviesa naudojama molekulės vibracijoms matuoti. Šios vibracijos veikia kaip saviti „parašai“, atspindintys atomų judėjimą cheminių ryšių viduje, ir padeda identifikuoti molekules.

Pats jutiklis naudoja auksines nanodaleles, „pakabintas“ virš plonos aukso plėvelės – auksas laikomas itin tinkamu metalu plazmonikai. Vandeniu padengti mikroskopiniai tarpeliai jutiklio viduje sulaiko tikslinius bižymenis ir sustiprina jų vibracijas tiek, kad jas būtų galima užfiksuoti.

Žmogaus kvėpavime gausu lakiųjų organinių junginių, galinčių rodyti įvairius organizmo procesus – nuo žarnyno mikrobiomos būklės iki medžiagų apykaitos efektyvumo. Vis dėlto šis jutiklis yra skirtas aptikti tik labai mažą dalį iškvepiamų cheminių medžiagų.

„Tai lyg adatos šieno kupetoje paieška“, – sakė mechanikos inžinierė Loza Tadesse.

„Mūsų metodas aptinka tą adatą, kuri kitu atveju paskęstų triukšme“, – pridūrė ji.

Šiuo metu mokslininkai tebėra prototipo stadijoje: bandymams naudojo peles, o paieška apsiribojo vienu konkrečiu bižymeniu.

Bandant su žmonėmis, procesas būtų sudėtingesnis. Be to, tyrėjams dar reikia sukurti kaukę primenantį priedą, kuris leistų paciento kvėpavimą analizuoti maždaug penkias minutes.

Numatoma, kad tai būtų derinama su įtaisu, panašiu į astmos inhaliatorių, skirtu nanodalelėms įkvėpti. Sveikų žmonių organizme šios nanodalelės tiesiog pasišalintų, nesant ligos, kuri jas „suaktyvintų“ per specifinius fermentus.

Jei artimiausiais metais pavyktų sėkmingai išvystyti technologiją ir ją pritaikyti platesniu mastu, tai galėtų tapti reikšmingu nauju ligų stebėsenos ir nustatymo būdu. Tyrėjai pabrėžia, kad sprendimas galėtų būti pritaikomas ne tik kvėpavimo takų problemoms, pavyzdžiui, plaučių uždegimui, bet ir gerokai platesniems tikslams.

„Tai neapsiriboja vien šiais bižymenimis ar net diagnostikos taikymu“, – sakė L. Tadesse.

„Jis taip pat galėtų aptikti pramonines chemines medžiagas ar ore esančius teršalus. Jei molekulė gali sudaryti vandenilinius ryšius su vandeniu, galime pasitelkti jos vibracinį „pirštų atspaudą“ ir ją nustatyti. Tai gana universali platforma“, – aiškino ji.

Tyrimo rezultatai paskelbti mokslo leidinyje „Nano Letters“.