肺炎是一种每年在美国杀死约50,000人的呼吸道疾病，可由许多不同的微生物引起，包括细菌和病毒。快速检测肺炎对于有效治疗至关重要，特别是在通常更严重的医院获得性病例中。然而，目前的诊断方法往往需要几天时间才能恢复明确的结果，这使医生更难开出正确的治疗方案。

麻省理工学院的研究人员现已开发出一种基于纳米粒子的技术，可用于提高诊断速度。Sangeeta Bhatia，John和Dorothy Wilson健康科学与技术和电气工程与计算机科学教授以及该研究的高级作者Sangeeta Bhatia说，这种类型的传感器还可用于监测抗生素疗法是否成功治疗了感染。

“如果患者的症状消失，那么你认为药物正在起作用。但如果病人的症状没有消失，那么你就会想看看细菌是否还在增长。我们试图解决这个问题，” Bhatia，也是麻省理工学院科赫综合癌症研究所和医学工程与科学研究所的成员。

研究生Colin Buss和最近的博士研究生Jaideep Dudani是该论文的主要作者，该论文于11月29日在EBioMedicine期刊上发表。麻省理工学院高级学生Reid Akana和Bhatia实验室研究主任Heather Fleming也是该论文的作者。

传感器在体内

几年前，Bhatia及其同事开发了一种诊断方法，可以放大已经存在于体内的生物标记物的信号 - 特别是称为蛋白酶的酶，可以切除其他蛋白质。人类基因组编码超过500种不同的蛋白酶，每种蛋白酶靶向不同的蛋白质。

该团队开发了涂有肽(短蛋白)的纳米粒子，这些肽可被某些蛋白酶切碎，例如癌细胞表达的蛋白酶。当这些颗粒注入体内时，它们在肿瘤中积聚(如果存在的话)，并且那里的蛋白酶将肽从纳米颗粒中切碎。这些肽作为废物被消除，并且可以通过简单的尿液检测来检测。

“我们一直在研究这种观点，即测量酶活性可能是一种在体内进行同步的新方法，”Bhatia说。

在最近的研究中，她已经证明这种方法可以用于检测不同类型的癌症，包括非常小的卵巢肿瘤，这可以使早期诊断卵巢癌。

对于他们的新研究，研究人员希望通过检测微生物产生的蛋白酶来探索诊断感染的可能性。他们从一种叫做铜绿假单胞菌的细菌开始，这种细菌可以引起肺炎并且是医院获得性病例的特别常见原因。假单胞菌表达一种名为LasA的蛋白酶，因此研究人员设计了具有可被LasA切割的肽的纳米颗粒。

研究人员还开发了第二种基于纳米颗粒的传感器，可以监测宿主对感染的免疫反应。这些纳米颗粒被肽覆盖，这些肽被称为弹性蛋白酶的一种蛋白酶切割，弹性蛋白酶由称为嗜中性粒细胞的免疫细胞产生。

在一些肺炎患者中，即使抗生素清除引起感染的细菌，胸部X射线仍可能显示炎症，因为中性粒细胞仍然活跃。一起使用这两个传感器可以揭示抗生素是否已经清除了感染，在胸部X光检查仍然显示治疗后炎症的情况下。

“传感器可以帮助你区分是否有感染和炎症，炎症和没有感染，”Bhatia说。“我们在论文中展示的是，当你使用合适的抗生素治疗时，感染会下降，但炎症仍然存在。”

研究人员还表明，如果他们用无效的抗生素治疗小鼠，细菌水平和炎症水平都会保持很高水平。在患者症状在几天内没有改善的情况下，这种测试可以帮助揭示抗生素是否起作用。

诊断许多感染

小号

在这项研究中，研究人员静脉注射了纳米颗粒，但他们现在正在开发一种可以吸入的粉末状。

Bhatia设想这种方法可用于确定患者是否患有细菌或病毒性肺炎，这将有助于医生决定是否应给予患者抗生素。最终的测试，从咳出的粘液中培养细菌培养物需要几天时间，因此医生根据患者的症状和X射线成像做出决定 - 这个过程可能并不总是准确的。

为了创建更全面的诊断，Bhatia的实验室现在正致力于添加可与其他类型的导致肺炎的细菌的蛋白酶相互作用的肽，以及宿主免疫系统对病毒或细菌感染产生的蛋白酶。研究人员还致力于研究能够轻易区分活动性和休眠性结核病的传感器。

Bhatia和其他公司已经成立了一家名为Glympse Bio的公司，该公司已获得蛋白酶传感技术许可，目前正致力于开发可能用于人类的蛋白酶传感器。明年，他们计划开始一项传感器的I期临床试验，该传感器可以检测肝纤维化，这是一种可导致肝硬化的瘢痕组织积聚。

该研究由国家癌症研究所的科赫研究所支持(核心)资助，国家环境健康科学研究所的核心中心资助和国家过敏和传染病研究所资助。