是一种呼吸系统疾病，在美国每年约有5万人死亡。它可以由许多不同的微生物引起，包括细菌和病毒。快速检测对于有效治疗至关重要，尤其是在通常更严重的医院获得性病例中。然而，目前的诊断方法通常需要几天才能恢复明确的结果，这使得医生更难开出正确的治疗方案。
麻省理工学院的研究人员现在开发了一种基于纳米粒子的技术，可以用来提高诊断速度。该研究的资深作者、约翰和多萝西威尔逊的电气工程和计算机科学教授、卫生科学与技术教授桑吉塔巴蒂亚(Sangeeta Bhatia)表示，这种类型的传感器也可以用来监测抗生素疗法是否成功治疗了感染。
“如果患者的症状消失，那么你认为药物起作用了。但是如果病人的症状没有消失，那么你要看看细菌是否还在生长。我们正在努力解决这个问题，”巴蒂亚也是科赫综合癌症研究所和麻省理工学院医学工程与科学研究所的成员。
11月29日发表在《EBioMedicine》杂志上的这篇论文的主要作者是研究生科林巴斯(Colin Buss)和最近的博士生贾迪普杜达尼(Jaideep Dudani)。麻省理工学院大四学生里德阿卡纳(Reid Akana)和巴蒂亚实验室研究主任希瑟弗莱明(Heather Fleming)也是这篇论文的作者。
传感器在身体里。
几年前，巴蒂亚和她的同事开发了一种诊断方法，可以放大体内已经存在的生物标志物的信号——尤其是被称为蛋白酶的酶，它可以切断其他蛋白质。人类基因组编码500多种不同的蛋白酶，每种蛋白酶针对不同的蛋白质。
该团队开发了涂有肽(短蛋白)的纳米颗粒，这些肽可以被一些蛋白酶切碎，例如癌细胞表达的蛋白酶。当这些颗粒被注射到体内时，它们会在肿瘤中积累(如果有的话)，那里的蛋白酶会从纳米颗粒中切割出肽。这些肽作为废物被排除，可以通过简单的尿液检测来检测。
“我们一直在研究这样一种想法，即测量酶活性可能是体内同步化的一种新方法，”Bhatia说。
在最近的研究中，她证明了这种方法可以用于检测不同类型的癌症，包括非常小的卵巢肿瘤，这可以对卵巢癌做出早期诊断。
对于他们的新研究，研究人员希望通过检测微生物产生的蛋白酶来探索诊断感染的可能性。他们从一种叫做铜绿假单胞菌的细菌开始，这种细菌可以导致，也是医院获得性病例的一种特别常见的原因。假单胞菌表达一种叫做LasA的蛋白酶，因此研究人员设计了带有可以被LasA切割的肽的纳米颗粒。
研究人员还开发了第二种基于纳米粒子的传感器，可以监测宿主对感染的免疫反应。这些纳米颗粒被肽覆盖，肽被称为弹性蛋白酶的蛋白酶切割，弹性蛋白酶由称为中性粒细胞的免疫细胞产生。
在一些患者中，即使抗生素清除了引起感染的细菌，胸部x光片仍可能显示炎症，因为中性粒细胞仍然活跃。将这两个传感器一起使用可以揭示抗生素是否清除了感染，即使胸部x光片在治疗后仍然显示炎症。
巴蒂亚说：“传感器可以帮助你区分感染和炎症、炎症和非感染。“我们在论文中展示的是，当你使用适当的抗生素时，感染会减少，但炎症会持续。”
研究人员还表明，如果他们用无效的抗生素治疗老鼠，细菌和炎症的水平将保持很高。如果患者的症状在几天内没有改善，这项测试可以帮助揭示抗生素是否有效。
诊断许多感染
在这项研究中，研究人员通过静脉注射这些纳米颗粒，但他们现在正在开发一种可吸入的粉末。
巴蒂亚设想，这种方法可以用来确定患者是患有细菌性还是病毒性，这将有助于医生决定是否给患者使用抗生素。在最后的测试中，从咳嗽的粘液中培养细菌培养需要几天的时间，所以医生会根据患者的症状和x光成像做出决定——这个过程可能并不总是准确的。
为了创建更全面的诊断，巴蒂亚的实验室现在正致力于添加肽，这些肽可以与导致的其他类型细菌的蛋白酶以及宿主免疫系统产生的抗病毒或细菌感染的蛋白酶相互作用。研究人员还在研究能够轻松区分活动性结核病和潜伏性结核病的传感器。
Bhatia和其他公司成立了一家名为Glympse Bio的公司，该公司已经获得了蛋白酶传感技术的许可，目前正在致力于开发可能用于人类的蛋白酶传感器。明年，他们计划开始该传感器的一期临床试验，该传感器可以检测肝纤维化，这是一种会导致肝硬化的疤痕组织积累。
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