ИТЭБ 
 
  Новости
  Пресс-релизы
  Конференции ИТЭБ
  История
  Структура
  Научные направления
  Основные достижения
  Диссертационный совет
  Ученый совет
  Совет молодых ученых
  Научно-образовательный центр
  Наукоемное производство
  Научные школы
  Нормативные документы
  Библиотеки
  Телефоны

Ученые из Пущино разработали способ диагностировать туберкулез по дыханию

Ученые из Института Теоретической и Экспериментальной Биофизики РАН в сотрудничестве с коллегами из Центрального Научно-Исследовательского Института Туберкулеза и при поддержке Российского Научного Фонда разработали метод неинвазивной диагностики туберкулеза на ранней стадии по воздуху, который выдыхает человек. Их статья опубликована в Journal of Breath Research.

«В этом исследовании мы впервые смогли неивазивно 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 туберкулеза в детстве, но именно такие антитела при вакцинации у человека не появляются. Антитела, которые мы обнаруживаем в пробах появляются, если у человека в легких размножаются микобактерии, выделяющие эти антигены. Они могут наблюдаться и в том случае, когда человек долго ухаживал за туберкулезным больным и получил этот антиген извне», — рассказал руководитель исследования Виктор Морозов, заведующий лабораторией наноструктур и нанотехнологий ИТЭБ.

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

У туберкулеза есть две формы: скрытая (латентная) и активная острая форма. Носителями туберкулеза является примерно треть населения земли. Эти люди инфицированы, однако в острой форме заболевание у них не развивается и они не заражают окружающих. При переходе туберкулеза в активную форму его симптомы, такие как кашель, температура, изменения в легких, которые можно увидеть на рентгене, могут проявляться не сразу, так что на ранней стадии больной может быть уже заразен, но еще 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 определенные белки в жидкость, которая покрывает тонким слоем поверхность легкого. По присутствию таких белков-маркеров в легочной жидкости можно определить момент начала активного развития туберкулеза. Однако в отличие от крови или мочи, получить пробу легочной жидкости непросто. Например, существует способ бронхоальвеолярного лаважа, при которой легкие человека промывают физиологическим раствором. Это весьма неприятная процедура. Ученые предположили, что этой сложной процедуры можно избежать, улавливая и анализируя ту часть легочной 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 ученые сконструировали простое и дешевое одноразовое устройство для сбора микрокапель в выдыхаемом воздухе.

Устройство испытали Института туберкулеза. Сорок два пациента из тех, кто только поступил в клинику и еще не проходил лечение, дышали по 10 минут через капроновый фильтр в устройстве, после чего сотрудники института определяли, есть ли в собранном материале биомаркеры туберкулеза. 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 выдыхамом воздухе присутствуют специфические маркеры заболевания – антитела, вырабатываемые на активно размножающийся возбудитель инфекции.

Помимо материала, собранного в Институте туберкулеза, ученые исследовали пробы выдыхаемого воздуха, взятые у 13 здоровых добровольцев. Выяснилось, что по присутствию антител, специфичных к патогенам микобактерии удается диагностировать наличие активной формы туберкулеза с чувствтельностью и специфичностью около 60-70%. Диагностировать туберкулез с большей точностью мешает то, что у части здоровых людей, долго контактировавших с больными, в легких нарабатываются такие же антитела, как и у больных. Проблему повышения специфичности можно решить, если дополнить анализ антител проверкой на еще один признак инфекции — воспаление в легких, 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 туберкулеза снижается примерно на 3% в год, это заболевание все еще находится на девятом месте среди причин смертности в мире. При этом, как отмечается в отчете ВОЗ по туберкулезу 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 туберкулеза, но и для диагностики других легочных заболеваний, например, хронической обструктивной болезни легких — 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

 

Материал подготовила:
Татьяна Перевязова
Пресс-служба ИТЭБ РАН, iteb-press@yandex.ru,
Пресс-релизы ИТЭБ РАН: http://web.iteb.psn.ru/press-release.htm