在一项对老鼠的研究中，研究人员表明他们可以使用这个系统来监测细菌肺炎以及一种名为α -1抗胰蛋白酶缺乏症的肺遗传疾病。“我们设想，这项技术将允许你吸入a传感器然后在大约10分钟内呼出一种挥发性气体，它会报告你肺部的状况以及你服用的药物是否有效。Sangeeta Bhatia他是麻省理工学院健康科学与技术、电气工程和计算机科学的约翰和多萝西威尔逊教授。
在将这种方法应用于人类之前，还需要进行更多的安全测试，但在小鼠研究中，没有观察到肺部毒性的迹象。
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监测呼吸
几年来，巴蒂亚的实验室一直在研究纳米颗粒可以用作“合成物”的传感器生物标记物“这些标记物是肽类，不是由身体自然产生的，而是当纳米颗粒遇到称为蛋白酶的蛋白质时释放出来的。
包裹纳米颗粒的肽可以被定制，这样它们就可以被与各种疾病相关的不同蛋白酶切割。如果病人体内的蛋白酶将肽从纳米颗粒中分离出来，它随后会随尿液排出体外，在尿液中可以用类似于验孕试纸的纸条进行检测。Bhatia开发了这种尿检用于肺炎、卵巢癌、肺癌和其他疾病。
最近，她把注意力转向了开发可以在呼吸中而不是在尿液中检测到的生物标记物。Bhatia说，这将使检测结果能够更快地获得，也避免了从可能脱水的患者那里获取尿样的潜在困难。
她和她的团队意识到，通过化学修饰附着在合成纳米颗粒上的多肽，他们可以使这些颗粒释放出一种叫做氢氟胺的气体，这种气体可以被呼出。研究人员将挥发性分子附着在肽的末端，当蛋白酶裂解肽时，它们会以气体的形式释放到空气中。
Bhatia和她的团队与林肯实验室的Roderick Kunz和Ta-Hsuan Ong合作，设计了一种使用质谱法检测呼吸中的气体的方法。研究人员随后在两种疾病的小鼠模型上测试了这种传感器——由铜绿假单胞菌引起的细菌性肺炎和α -1抗胰蛋白酶缺乏症。在这两种疾病期间，被激活的免疫细胞会产生一种叫做中性粒细胞弹性酶的蛋白酶，它会引起炎症。
对于这两种疾病，研究人员表明，他们可以在大约10分钟内检测到中性粒细胞弹性酶的活性。在这些研究中，研究人员使用了气管内注射的纳米颗粒，但他们也在研究一种可以用类似于用于治疗的吸入器的设备吸入的版本哮喘．
智能检测
研究人员还证明，他们可以使用他们的传感器监测肺炎和α -1抗胰蛋白酶缺乏症药物治疗的有效性。Bhatia的实验室目前正致力于设计检测呼出传感器的新设备，使其更容易使用，甚至可能让患者在家里使用它们。巴提亚说:“现在我们使用质谱作为检测器，但在下一代，我们一直在考虑是否可以制造一个智能镜子，让你对着镜子呼吸，或者制造一些像汽车酒精浓度测试仪一样的东西。”
她的实验室还在研究能够同时检测多种蛋白酶的传感器。这种传感器可以被设计用来揭示与特定病原体相关的蛋白酶的存在，可能包括SARS-CoV-2病毒。
这篇论文发表在自然纳米技术．
来源:麻省理工学院
