El uso de la respiración para medir la salud de nuestros pulmones y revelar enfermedades relacionadas con ellos está emergiendo como una herramienta de diagnóstico con un gran potencial, con una serie de tecnologías prometedoras en el horizonte. Uniéndose a ellos hay un nuevo tipo de nanopartícula desarrollada en el MIT que deposita moléculas volátiles en proteínas vinculadas a diversas enfermedades, para actuar como biomarcador sintético y revelar signos de neumonía y otras afecciones pulmonares en el aliento exhalado.
La investigación en realidad se basa en el trabajo previo realizado por científicos en el laboratorio de la ingeniera biológica Sangeeta N. Bhatia, quien a principios de este año demostró una prueba de orina que podría revelar biomarcadores de cáncer de pulmón. La tecnología consiste en nanopartículas recubiertas de ciertos péptidos que interactúan con proteínas llamadas proteasas que están vinculadas a una variedad de enfermedades.
Una captura de pantalla que muestra un carenado de cohete recuperado por una nave SpaceX durante una misión anterior ESPACIO SpaceX usa naves para atrapar ambos carenados Falcon 9 por primera vez La técnica fue desarrollada en el laboratorio del profesor adjunto adjunto Glendon Parker (centro) CIENCIAS Proteína de esmalte dental utilizada para identificar el sexo de restos humanos antiguos Las proteasas separan los péptidos de las nanopartículas, que luego se excretan a través de la orina para revelar la presencia de ciertas enfermedades.
Al modificar el recubrimiento peptídico de las nanopartículas, se pueden personalizar para reaccionar con las proteasas asociadas con diferentes enfermedades, y el equipo utilizó previamente este enfoque para detectar signos tempranos de neumonía, junto con cáncer de ovario y colon, también a través de la orina. A través de experimentos continuos, el equipo ahora ha adaptado la tecnología para que pueda usarse para revelar enfermedades a través de la respiración. Esto implicó un mayor ajuste químico de los péptidos y la unión de moléculas volátiles, que permiten a las nanopartículas liberar gases llamados hidrofluoroaminas, que pueden detectarse en el aliento exhalado.
Utilizando modelos de neumonía bacteriana en ratones y un trastorno pulmonar genético llamado deficiencia de antitripsina alfa-1, los investigadores pudieron detectar las enfermedades en la respiración mediante espectrometría de masas.
Lo hicieron buscando la actividad de una proteasa llamada elastasa de neutrófilos, que es producida por las células inmunes en ambas enfermedades y podría detectarse en unos 10 minutos. Los investigadores también demostraron que la técnica podría usarse para controlar la efectividad de los tratamientos farmacológicos para ambas enfermedades.
El equipo espera aprovechar estos resultados prometedores haciendo nuevas mejoras a la tecnología de monitoreo de la respiración. Por ejemplo, las nanopartículas se inyectan actualmente directamente en la tráquea de los ratones, pero los investigadores están trabajando en versiones que podrían inhalarse con un dispositivo similar a un inhalador para el asma.
También esperan desarrollar sensores que puedan detectar más de un tipo de proteasa a la vez, pero deberán realizar más pruebas de seguridad antes de aplicar la tecnología a los humanos, aunque no se detectaron signos de toxicidad en los pulmones de los ratones. “Prevemos que esta tecnología le permitirá inhalar un sensor y luego exhalar un gas volátil en aproximadamente 10 minutos que informa sobre el estado de sus pulmones y si los medicamentos que está tomando están funcionando”, dice Bhatia.
