شناسایی بیماری‌های مهم ریوی از طریق تنفس

محققان دانشگاه "ام.آی.تی"(MIT) در مطالعه اخیرشان موفق به توسعه نوع جدید از نانوذرات شده‌اند که توسط آن می‌توانند به بیماری‌های ریوی افراد از طریق تنفس‌شان پی ببرند.

بررسی تنفس برای سنجش سلامت ریه‌های ما و شناسایی بیماری‌های مرتبط با آنها سبب توسعه ابزارهای تشخیصی با پتانسیل بالا شده است. حال محققان نوع جدیدی از نانو ذرات را توسعه داده‌اند که مولکول‌های فرار را بر روی پروتئین‌های مرتبط با بیماری‌های مختلف قرار می‌دهد تا آن نانو ذرات به عنوان نشانگر زیستی مصنوعی عمل کرده و علائم ذات‌الریه و سایر بیماری‌های ریوی را در تنفس بازدم نشان دهد.
این تحقیق در واقع براساس مطالعه قبلی که توسط دانشمندان "آزمایشگاه مهندس بیولوژیکی سانجیتا.ان.باتیا"(biological engineer Sangeeta N. Bhatia) انجام شده بود، صورت گرفته است. در مطالعه پیشین که اوایل سال جاری انجام شد محققان نشان دادند که یک آزمایش ادرار می‌تواند نشانگرهای زیستی سرطان ریه را نشان دهد.
این فناوری از نانوذرات پوشش داده شده توسط پپتیدهای معینی ساخته شده که با پروتئین‌هایی به نام "پروتئازها"(proteases) ارتباط دارند که آنها نیز با طیف وسیعی از بیماری‌ها در ارتباط هستند.
پروتئاز(Protease) یا پروتئین‌ گوار به آنزیم‌هایی گفته می‌شود که باعث هیدرولیز پروتئین‌ها می‌شوند. پروتئازها شامل سرین پروتئازها، متالوپروتئازها، آسپارتیک پروتئازها، سیستئین پروتئازها و ترئونین پروتئازها می‌باشند. یک پروتئاز ممکن است چندین سوبسترا داشته باشد یا اینکه یک سوبسترا توسط چندین پروتئاز برش یابد.
پروتئازها، پپتیدها را از نانوذرات جدا می‌کنند و آنها نیز سپس از طریق ادرار دفع می‌شوند تا وجود برخی بیماری‌ها را نشان دهند. با اصلاح پوشش پپتیدی نانوذرات، می‌توان از آنها برای واکنش با پروتئازهای مرتبط با بیماری‌های مختلف استفاده کرد که محققان در مطالعه پیشین از این روش استفاده می‌کردند تا علائم اولیه ذات‌الریه را به همراه سرطان تخمدان و روده بزرگ را از طریق ادرار تشخیص دهند.
حال محققان ام.آی.تی پس از آزمایشات مداوم، این فناوری را به گونه‌ای توسعه داده‌اند که می‌توانند از طریق نفس کشیدن به بیماری شخص پی ببرند.
این امر باعث ترشح بیشتر شیمیایی پپتیدها و اتصال مولکول‌های فرار می‌شود که این نانوذرات را قادر می‌سازند گازهایی به نام هیدروفلوئورآمین‌ها(hydrofluoroamines) را آزاد کنند که در تنفس بازدم قابل شناسایی است.
طی این مطالعه محققان با آزمایش بر روی موش‌های آزمایشگاهی مبتلا به ذات الریه باکتریایی و اختلال ژنتیکی ریه به نام "نقص پروتئین آلفا یک آنتی تریپسین"(alpha-1 antitrypsin deficiency) این بیماری‌ها را از طریق تنفس و طیف سنجی جرمی تشخیص دادند.
نقص پروتئین آلفا یک آنتی تریپسین یک بیماری ژنتیکی می‌باشد که در آن ژن آلفا یک آنتی تریپسین(AAT)، جهش یافته‌است. در انسان این ژن بر روی کروموزوم 14 قرار دارد.
آنها این کار را با بررسی فعالیت پروتئاز بنام "نوتروفیل الاستاز"(neutrophil elastase) انجام دادند که توسط سلول‌های ایمنی بدن در هر دو بیماری تولید می‌شود و طی 10 دقیقه قابل شناسایی است.
 محققان همچنین نشان دادند که می‌توان از این روش برای نظارت بر اثربخشی درمان دارویی برای هر دو بیماری استفاده کرد. این تیم امیدوار است با پیشرفت‌های بیشتر در فناوری نظارت بر نفس، نتایج امیدوارکننده‌تری را رقم بزند. به عنوان مثال در حال حاضر نانوذرات مستقیماً به نای موش‌ها تزریق می‌شوند، اما محققان در حال کار بر روی نسخه‌هایی هستند که می‌توانند با دستگاه مشابه وسیله تنفسی آسم استنشاق شوند. آنها همچنین امیدوارند که بتوانند حسگرهایی را توسعه دهند که بتوانند بیش از یک نوع پروتئاز را بطور همزمان تشخیص دهند اما باید آزمایش ایمنی بیشتری را قبل از استفاده از این فناوری برای انسان انجام دهند، اگرچه هیچ علائمی از سمیت در ریه‌های موش‌ها مشاهده نشده است.
باتیا گفت: این فناوری به افراد اجازه می‌دهد تا درون یک حسگر عملیات دم را انجام دهند و سپس بازدم کنند تا ظرف 10 دقیقه این فناوری با بررسی گازهای فرار وضعیت ریه‌های آنها و میزان عملکرد قرص‌هایی که افراد مصرف می‌کنند را مشخص کند.
یافته‌های این مطالعه در مجله"Nature Nanotechnology "منتشر شده است.