Открыли воздух: респираторные инфекции определят по дыханию
Как ученые создали библиотеку биомаркеров различных заболеваний
EN
Российские ученые разрабатывают универсальный прибор для анализа выдыхаемого воздуха для диагностики респираторных заболеваний. Его можно будет использовать для наблюдения за течением болезней, реабилитацией, а также для контроля приема лекарств и уровня физических нагрузок. Специалисты уже создали первую обобщенную химическую классификацию соединений, которые при выдохе воздуха указывают на различные заболевания. Метод перспективен для первичной диагностики инфекций, поскольку он неинвазивен и не требует от врача и пациента какой-либо подготовки, рассказали «Известиям» эксперты.
Как определить болезнь по выдыхаемому воздуху
Ученые МФТИ работают над созданием универсального прибора для анализа выдыхаемого воздуха, который значительно повысит надежность диагностики респираторных заболеваний. Как рассказали «Известиям» разработчики, они используют метод конденсации, который можно назвать наиболее стабильным способом сбора и сохранения выдыхаемого воздуха, используемый в исследованиях по всему миру.
Конденсат представляет собой ультраразбавленный раствор, содержащий большое количество веществ различной химической природы, которые потенциально способны взаимодействовать друг с другом. При этом необходимые для анализа вещества сосредоточены менее чем в 1% всего состава. Учитывая эти сложности, в лаборатории молекулярной медицинской диагностики МФТИ создали обобщенную химическую классификацию соединений — биомаркеров различных заболеваний.
— Это важный этап развития, который можно назвать подходом к медицинскому применению высокотехнологичного газоанализатора на основе масс-спектрометрии высокого разрешения. Технология позволяет исследовать вещества путем измерения отношения массы ионизованных атомов к их заряду, в том числе и для медицинской диагностики, в нашем проекте — для анализа выдыхаемого воздуха, — рассказал старший научный сотрудник лаборатории молекулярной медицинской диагностики МФТИ Станислав Пеков.
Специалисты проанализировали существующие способы сбора конденсата выдыхаемого воздуха, вопросы, связанные с его концентрацией и хранением, методы анализа с использованием современных аналитических устройств для выявления биомаркеров различных заболеваний, подходы к обработке и интерпретации результатов.
Как пояснили ученые, несмотря на то что конденсат выдыхаемого воздуха более чем на 99% состоит из воды, в нем выявляется более 3500 различных соединений.
Рынок приборов-газоанализаторов
В ходе анализа исследователи установили, что многие маркеры — производные друг друга. То есть при конденсации одно вещество переходит в другое, и, соответственно, при анализе вместо одной молекулы обнаруживается другая. Понимая механизмы, по которым происходит химическая трансформация молекул при конденсации воздуха, ученые могут использовать эти данные для анализа и выдыхаемого воздуха и его конденсата одновременно. Это позволит повысить надежность результата и создать более универсальную систему, подчеркнул Станислав Пеков.
— Мы рассчитываем, что с использованием этой технологии существенно расширим применение самого анализа выдыхаемого воздуха и его конденсата. Не только для оценки состояния пациентов, но и для исследования состояния здорового человека при различных нагрузках, например, в ходе спортивных тренировок. Мы сможем оценивать метаболизм с целью оптимизации нагрузок. Это очень важно для достижения максимально эффективной тренировки спортсменов. Организм не должен перейти в экстремальный режим, когда начинает сам себя поедать, если ему не хватает воздуха или ресурсов. В этом плане анализ выдыхаемого воздуха очень удобен тем, что мы можем относительно непрерывно контролировать состояние спортсмена, — рассказал он.
То же самое ученые предлагают делать и для пациентов, проходящих реабилитационное лечение. Врачи смогут регулярно оценивать их состояние здоровья и сам прогресс восстановления. Особенно это важно при смене климата и санаторно-курортном лечении.
— Помимо морского воздуха, на нас действует повышенная температура и солнечная активность. И не всегда такой тепловой стресс является положительным. Это также может приводить к негативному влиянию на организм за счет неблагоприятного сочетания с повышенной физической активностью, — подчеркнул Станислав Пеков.
Следующим шагом команда ученых запланировала создание системы сбора выдыхаемого воздуха, а также широкое исследование различных способов его консервации или промежуточного хранения. Это позволит получить возможность отвязать точку исследования от времени непосредственной работы с пациентом и расширить его область.
Анализ летучих веществ в выдыхаемом воздухе — очень привлекательный метод первичной диагностики, поскольку он неинвазивен и не требует от врача и пациента какой-либо подготовки. Создание портативных устройств сделает этот метод очень удобным в применении, рассказал «Известиям» руководитель лаборатории новых медицинских материалов и технологий НОПЦ ГЛТ СамГМУ Минздрава России, эксперт рынка НТИ «Хелснет» Андрей Соколов.
— Вместе с этим разработка и выявление диагностически значимых маркеров и их пороговых концентраций — вызов, поскольку метаболизм микроорганизмов, как патогенных, так и дружественных, схож. Помимо этого, микрофлора ротовой полости оказывает значительное влияние на состав выдыхаемого воздуха. Для решения этой задачи требуется тесное сотрудничество с медиками, микробиологами и специалистами в области масс-спектрометрии и хроматографии, — сказал он.
Идея создания анализатора выдыхаемого воздуха для функциональной диагностики, диагностики различных заболеваний и состояний организма не нова. Примером может послужить анализатор алкоголя, применяемый в деятельности ГИБДД, рассказал руководитель клуба Biotech «Точки кипения Омск», руководитель технологической компании BruttoNetto Владимир Жуков.
— Точность тестирования с помощью анализаторов воздуха очень высока, скорость и легкость диагностики порой не уступает классическим методам, включая экспресс-тесты. Данные методы можно адаптировать для концертных площадок и для мест массового скопления людей, выявляя степени риска инфицирования, — отметил он.
Размер рынка дыхательных анализаторов в 2021 году оценивался в $2,90 млрд и достигнет $9,7 млрд к 2030-му. При этом наибольший рост прогнозируется в Азиатско-Тихоокеанском регионе, рассказал эксперт.
Результат работы ученых МФТИ опубликован в журнале Current Molecular Medicine. Работы ведутся в рамках реализации программы аналитического приборостроения Министерства науки и высшего образования РФ.
