تطوير جهاز استشعار نانوي يميز بين الالتهاب الرئوي الفيروسي والجرثومي

طور باحثون في معهد ماساتشوستس التقني الأمريكي، جهاز استشعار نانوي يميز بين عدوى الالتهاب الرئوي الفيروسي والجرثومي، ليساعد الأطباء في اختيار العلاج المناسب والفعال.

ولا توجد طريقة سهلة لتحديد العامل المسبب للالتهاب الرئوي، الذي ينجم عن الإصابة بأنواع متعددة من البكتيريا والفيروسات، ما يصعب اختيار الأطباء للعلاج الفعال لأن المضادات الحيوية المستخدمة لعلاج الالتهاب الرئوي الجرثومي لن تساعد مرضى الالتهاب الرئوي الفيروسي.

وقال رئيس الفريق الباحث سانجيتا بهاتيا، إن "هناك مسببات كثيرة تؤدي إلى الإصابة بأنواع مختلفة من الالتهاب الرئوي، ولا يمكن تحديد العامل المسبب على الرغم من إجراء الاختبارات الأكثر شمولا وتقدما، إضافة إلى المساهمة في مقاومة المضادات الحيوية عند استخدامها في علاج النوع الفيروسي"؛ وفقا لموقع تكنولوجي "دوت أورج".

وأظهر الباحثون دقة عمل جهاز الاستشعار النانوي وقدرته على تمييز نوع الالتهاب الرئوي في غضون ساعتين، باستخدام اختبار بسيط للبول لقراءة النتائج من خلال إجراء تجارب على الفئران.

وركزوا عند تصميم الجهاز على قياس استجابة المضيف للعدوى بدلا من محاولة اكتشاف العامل الممرض نفسه، نظرا لاختلاف أنواع الاستجابات ما بين الإصابات الفيروسية والجرثومية.

وجمع الباحثون 33 مجموعة بيانات متاحة من الجينات المعبر عنها أثناء التهابات الجهاز التنفسي، وحددوا بعد تحليلها 39 بروتياز تستجيب بشكل مختلف لأنواع مختلفة من العدوى.

وأنشأ الباحثون 20 جهاز استشعار يمكنها التفاعل مع البروتياز، ويتكون الجهاز من جسيمات نانوية مغلفة بالببتيدات القابلة للانشطار بواسطة بروتياز معين.

ويميز كل ببتيد جزيئا مراسلا يتم تحريره عند شق الببتيدات بواسطة البروتياز المنتظم عند العدوى، وتخرج الجزيئات المراسلة في النهاية في البول، ما يمكن من تحليل البول باستخدام مقياس الطيف الكتلي لتحديد البروتياز الأكثر نشاطا في الرئتين.

واستخدم الباحثون آلية التعلم الآلي بعد قراءة نتائج اختبارات البول لتحليل البيانات، وتمكنوا من تدريب الخوارزميات للتفريق بين العدوى الفيروسية والجرثومية، مكتشفين قدرة أجهزة الاستشعار على التمييز بين مسببات 5 أمراض اختبروها، ولكن بدقة أقل من الاختبار للتمييز بين الفيروسات والجراثيم.

وحددوا مجموعة فرعية من 5 أجهزة استشعار تجعل الاختبارات المنزلية في متناول اليد، لتصبح عملية الحصول على النتيجة على غرار اختبار الحمل، كما لاحظ الباحثون كمية البروتياز المفرز من العدلات، وهو ما كان متوقعا لأن العدلات تميل إلى الاستجابة للعدوى الجرثومية أكثر، ما ساعدهم في تحديد أنماط استجابة المضيف لأنواع مختلفة من العدوى.

ومن ناحية أخرى، أثارت العدوى الفيروسية نشاط بروتياز يسمى "جرانزيم" يتسبب في موت الخلية المبرمج، مع مشاركة الخلايا التائية والخلايا القاتلة الطبيعية المستجيبة عادة للإصابة الفيروسية.

ويعمل الباحثون حاليا على تطوير نسخ من أجهزة الاستشعار للاستخدام البشري، يمكن إدارتها باستخدام البخاخات أو أجهزة الاستنشاق المشابهة لأجهزة الاستنشاق للربو، ويأملون مستقبلا باكتشاف النتائج بشكل أسرع اعتمادا على جهاز قياس الكحول بدلا من اختبار البول.