Neumonía, una enfermedad respiratoria que mata a unos 50, 000 personas en los Estados Unidos cada año, puede ser causado por muchos microbios diferentes, incluyendo bacterias y virus. La detección rápida de neumonía es fundamental para un tratamiento eficaz, especialmente en los casos adquiridos en el hospital, que a menudo son más graves. Sin embargo, Los enfoques de diagnóstico actuales a menudo tardan varios días en obtener resultados definitivos. lo que dificulta que los médicos prescriban el tratamiento adecuado.

Los investigadores del MIT ahora han desarrollado una tecnología basada en nanopartículas que podría usarse para mejorar la velocidad del diagnóstico. Este tipo de sensor también podría usarse para monitorear si la terapia con antibióticos ha tratado con éxito la infección. dice Sangeeta Bhatia, el profesor John y Dorothy Wilson de Ciencias y Tecnología de la Salud e Ingeniería Eléctrica e Informática y el autor principal del estudio.

"Si los síntomas del paciente desaparecen, entonces asume que la droga está funcionando. Pero si los síntomas del paciente no desaparecen, entonces querrá ver si la bacteria todavía está creciendo. Estábamos tratando de abordar ese problema, "dice Bhatia, quien también es miembro del Instituto Koch de Investigación Integrativa del Cáncer del MIT y del Instituto de Ingeniería y Ciencia Médicas.

El estudiante de posgrado Colin Buss y reciente Ph.D. el destinatario Jaideep Dudani son los autores principales del artículo, que aparece en línea el 29 de noviembre en la revista EBioMedicine . Reid Akana, un estudiante de último año del MIT, y Heather Fleming, director de investigación del laboratorio de Bhatia, también son autores del artículo.

Sensores en el cuerpo

Muchos años atrás, Bhatia y sus colegas desarrollaron un enfoque de diagnóstico que amplifica una señal de biomarcadores ya presentes en el cuerpo, específicamente, enzimas llamadas proteasas, que trituran otras proteínas. El genoma humano codifica más de 500 proteasas diferentes, cada uno de los cuales se dirige a diferentes proteínas.

El equipo desarrolló nanopartículas recubiertas con péptidos (proteínas cortas) que pueden ser trituradas por ciertas proteasas, como los expresados ​​por las células cancerosas. Cuando estas partículas se inyectan en el cuerpo, se acumulan en tumores, si alguno está presente, y las proteasas cortan los péptidos de las nanopartículas. Estos péptidos se eliminan como desechos y pueden detectarse mediante una simple prueba de orina.

"Hemos estado trabajando en esta idea de que medir la actividad enzimática podría ser una nueva forma de observar el interior del cuerpo, "Dice Bhatia.

En estudios recientes, ha demostrado que este enfoque se puede utilizar para detectar diferentes tipos de cánceres, incluidos los tumores de ovario muy pequeños, lo que podría permitir un diagnóstico más temprano del cáncer de ovario.

Para su nuevo estudio, los investigadores querían explorar la posibilidad de diagnosticar una infección mediante la detección de proteasas producidas por microbios. Comenzaron con una especie de bacteria llamada Pseudomonas aeruginosa , que puede causar neumonía y es una causa particularmente común de casos adquiridos en el hospital. Pseudomonas expresa una proteasa llamada LasA, por lo que los investigadores diseñaron nanopartículas con péptidos que LasA pueden escindir.

Los investigadores también desarrollaron un segundo sensor basado en nanopartículas que puede monitorear la respuesta inmune del huésped a la infección. Estas nanopartículas están cubiertas de péptidos que son escindidos por un tipo de proteasa llamada elastasa, que es producido por células inmunes llamadas neutrófilos.

En algunos pacientes con neumonía, incluso si un antibiótico elimina las bacterias que causan la infección, una radiografía de tórax aún puede mostrar inflamación porque los neutrófilos aún están activos. El uso de estos dos sensores juntos podría revelar si un antibiótico ha eliminado la infección, en los casos en que una radiografía de tórax todavía muestre inflamación después del tratamiento.

"Los sensores pueden ayudarlo a distinguir entre una infección y una inflamación, versus inflamación y sin infección, "Dice Bhatia." Lo que mostramos en el documento es que cuando se trata con el antibiótico correcto, la infección disminuye pero la inflamación persiste ".

Los investigadores también demostraron que si trataban a los ratones con un antibiótico ineficaz, tanto los niveles de bacterias como los niveles de inflamación se mantuvieron altos. Este tipo de prueba podría ayudar a revelar si un antibiótico está funcionando, en los casos en que los síntomas de un paciente no hayan mejorado en unos pocos días.

Diagnosticar muchas infecciones

Para este estudio, los investigadores administraron las nanopartículas por vía intravenosa, pero ahora están trabajando en una versión en polvo que podría inhalarse.

Bhatia prevé que este enfoque podría usarse para determinar si un paciente tiene neumonía bacteriana o viral, lo que ayudaría a los médicos a decidir si el paciente debe recibir antibióticos o no. La prueba definitiva, cultivar un cultivo bacteriano a partir de moco tosido, toma varios días, de modo que los médicos basan sus decisiones en los síntomas de los pacientes y en las imágenes de rayos X, un proceso que puede no siempre ser exacto.

Para crear un diagnóstico más completo, El laboratorio de Bhatia ahora está trabajando para agregar péptidos que podrían interactuar con proteasas de otros tipos de bacterias que causan neumonía. así como las proteasas que el sistema inmunológico del huésped produce en respuesta a una infección viral o bacteriana. Los investigadores también están trabajando en sensores que podrían distinguir fácilmente entre las formas activa y latente de tuberculosis.

Bhatia y otros han creado una empresa llamada Glympse Bio que ha obtenido la licencia de la tecnología de detección de proteasas y ahora está trabajando en el desarrollo de sensores de proteasas para su posible uso en humanos. El próximo año, planean comenzar un ensayo clínico de fase I de un sensor que puede detectar fibrosis hepática, una acumulación de tejido cicatricial que puede provocar cirrosis.