p Usando nanopartículas especializadas, Os engenheiros do MIT desenvolveram uma maneira de monitorar a pneumonia ou outras doenças pulmonares analisando a respiração exalada pelo paciente. p Em um estudo com ratos, os pesquisadores mostraram que poderiam usar este sistema para monitorar a pneumonia bacteriana, bem como um distúrbio genético dos pulmões denominado deficiência de alfa-1 antitripsina.

p "Imaginamos que essa tecnologia permitiria a você inalar um sensor e, em seguida, expirar um gás volátil em cerca de 10 minutos, que informa sobre o estado de seus pulmões e se os medicamentos que você está tomando estão funcionando, "diz Sangeeta Bhatia, o professor John e Dorothy Wilson de Ciências e Tecnologia da Saúde e Engenharia Elétrica e Ciência da Computação no MIT.

p Mais testes de segurança seriam necessários antes que esta abordagem pudesse ser usada em humanos, mas no estudo do rato, não foram observados sinais de toxicidade nos pulmões.

p Bhatia, que também é membro do Koch Institute for Integrative Cancer Research e do Institute for Medical Engineering and Science, do MIT, é o autor sênior do artigo, que aparece hoje em Nature Nanotechnology . O primeiro autor do artigo é o pós-doutorando sênior do MIT, Leslie Chan. Outros autores são o estudante de graduação do MIT Melodi Anahtar, Ta-Hsuan Ong, membro da equipe técnica do Laboratório Lincoln do MIT, Kelsey Hern, assistente técnico do MIT, e o líder do grupo associado do Lincoln Laboratory Roderick Kunz.

p Monitorando a respiração

p Por muitos anos, O laboratório de Bhatia está trabalhando em sensores de nanopartículas que podem ser usados ​​como 'biomarcadores sintéticos'. Esses marcadores são peptídeos que não são produzidos naturalmente pelo corpo, mas são liberados das nanopartículas quando encontram proteínas chamadas proteases.

p Os peptídeos que revestem as nanopartículas podem ser customizados para que sejam clivados por diferentes proteases que estão ligadas a uma variedade de doenças. Se um peptídeo é clivado da nanopartícula por proteases no corpo do paciente, mais tarde é excretado na urina, onde pode ser detectado com uma tira de papel semelhante a um teste de gravidez. Bhatia desenvolveu este tipo de teste de urina para pneumonia, cancro do ovário, câncer de pulmão, e outras doenças.

p Mais recentemente, ela voltou sua atenção para o desenvolvimento de biomarcadores que pudessem ser detectados na respiração em vez da urina. Isso permitiria que os resultados dos testes fossem obtidos mais rapidamente, e também evita a dificuldade potencial de ter que adquirir uma amostra de urina de pacientes que podem estar desidratados, Bhatia diz.

p Ela e sua equipe perceberam que, ao modificar quimicamente os peptídeos ligados às nanopartículas sintéticas, eles poderiam permitir que as partículas liberassem gases chamados hidrofluoroaminas que poderiam ser exalados na respiração. Os pesquisadores anexaram moléculas voláteis ao final dos peptídeos de tal forma que, quando as proteases clivam os peptídeos, eles são lançados no ar como um gás.

p Trabalhando com Kunz e Ong no Lincoln Laboratory, Bhatia e sua equipe desenvolveram um método para detectar o gás da respiração usando espectrometria de massa. Os pesquisadores então testaram os sensores em modelos de camundongos de duas doenças - pneumonia bacteriana causada por Pseudomonas aeruginosa, e deficiência de alfa-1antitripsina. Durante ambas as doenças, células imunes ativadas produzem uma protease chamada elastase de neutrófilos, que causa inflamação.

p Para ambas as doenças, os pesquisadores mostraram que podiam detectar a atividade da elastase dos neutrófilos em cerca de 10 minutos. Nestes estudos, os pesquisadores usaram nanopartículas que foram injetadas por via intratraqueal, mas também estão trabalhando em uma versão que pode ser inalada com um dispositivo semelhante aos inaladores usados ​​para tratar a asma.

p Detecção inteligente

p Os pesquisadores também demonstraram que poderiam usar seus sensores para monitorar a eficácia do tratamento medicamentoso para pneumonia e deficiência de alfa-1 antitripsina. O laboratório de Bhatia agora está trabalhando no projeto de novos dispositivos para detectar os sensores exalados que podem torná-los mais fáceis de usar, potencialmente até mesmo permitindo que os pacientes os usem em casa.

p "No momento, estamos usando espectrometria de massa como detector, mas na próxima geração, pensamos se podemos fazer um espelho inteligente, onde você respira no espelho, ou fazer algo que funcione como um bafômetro de carro, "Bhatia diz.

p Seu laboratório também está trabalhando em sensores que podem detectar mais de um tipo de protease por vez. Esses sensores podem ser projetados para revelar a presença de proteases associadas a patógenos específicos, incluindo talvez o vírus SARS-CoV-2.