醫生可以使用這種診斷來避免在沒有有效的情況下開處方抗生素。
肺炎可能是由許多不同類型的細菌和病毒引起的，但是沒有簡單的方法可以確定哪種微生物引起特定患者的疾病。這種不確定性使醫生更難選擇有效的治療方法，因為通常用於治療細菌性肺炎的抗生素不能幫助病毒性肺炎患者。另外，限制使用抗生素是抑制抗生素耐藥性的重要一步。
和現在，研究人員設計了一種可以區分病毒和細菌性肺炎感染的傳感器，他們希望這將幫助醫生選擇適當的治療方法。
“面臨的挑戰是，有很多不同的病原體會導致不同種類的肺炎，即使進行了最廣泛，最先進的測試，在大約一半的患者中無法識別引起某人疾病的特定病原體。如果您將病毒性肺炎治療抗生素，那麼您可能會為抗生素的抗藥性做出貢獻，而抗生素的抗藥性也不好嗎，這是我的患者，並且是我的抗生素，並且是我的抗生素，並且是我的抗生素，並且是我的抗生素。以及MIT的Dorothy Wilson健康科學與技術教授以及電氣工程與計算機科學的電氣和計算機科學，以及MIT Koch綜合癌症研究所的成員。
在一項小鼠的研究中，研究人員表明，他們的傳感器可以在兩個小時內準確區分細菌和病毒性肺炎，並使用簡單的尿液測試來讀取結果。
Bhatia是該研究的高級作者，該研究於2022年6月13日在國家科學院論文集。 Melodi Anahtar '16，PhD '22是該論文的主要作者。
感染的簽名
很難區分病毒和細菌性肺炎的原因之一是，有很多微生物會引起肺炎，包括細菌肺炎鏈球菌和流感嗜血桿菌以及流感和呼吸綜合的病毒病毒（RSV）。
在設計傳感器時，研究團隊決定專注於衡量宿主對感染的反應，而不是試圖檢測病原體本身。病毒和細菌感染引起了獨特的免疫反應類型，其中包括稱為蛋白酶的酶的激活，這些酶破壞了蛋白質。麻省理工學院小組發現，這些酶的活性模式可以作為細菌或病毒感染的特徵。
人基因組編碼500多個蛋白酶，其中許多是由對感染的細胞使用的，包括T細胞，中性粒細胞和天然殺傷（NK）細胞。由斯坦福大學醫學和生物醫學數據科學副教授，論文的作者之一Purvesh Khatri領導的團隊，收集了33個在呼吸道感染期間表達的基因數據集。通過分析這些數據，Khatri能夠識別出似乎對不同類型的感染反應不同的39種蛋白酶。
Bhatia和她的學生隨後使用這些數據創建了20種可以與這些蛋白酶相互作用的不同傳感器。傳感器由塗有肽的納米顆粒組成，這些肽可以被特定蛋白酶裂解。每種肽都用一個記者分子標記，當肽被感染中上調的蛋白酶裂解時，該分子被釋放。這些記者最終在尿液中排出。然後可以用質譜法分析尿液，以確定哪些蛋白酶在肺中最活躍。
研究人員在五種不同的肺炎小鼠模型中測試了其傳感器，這是由感染引起的肺炎鏈球菌，，，，克雷伯氏菌肺炎，，，，流感嗜血桿菌，流感病毒和小鼠的肺炎病毒。
閱讀了尿液測試的結果後，研究人員使用了機器學習分析數據。使用這種方法，他們能夠根據這20個傳感器來訓練可以區分肺炎與健康對照的算法，並可以根據20個傳感器區分感染是病毒還是細菌。
研究人員還發現，他們的傳感器可以區分他們測試的五種病原體，但較低準確性而不是區分病毒和細菌的測試。研究人員可能追求的一種可能性是開發算法，這些算法不僅可以將細菌與病毒感染區分開，而且還可以鑑定出引起細菌感染的微生物類別，這可以幫助醫生選擇最佳的抗生素來抵抗這種類型的細菌。
基於尿液的讀數也可以通過紙條進行未來的檢測，類似於妊娠試驗，這將允許進行診斷。為此，研究人員確定了五個傳感器的子集，這些傳感器可能會使家用測試更接近。但是，需要更多的工作來確定減少的面板在人類中是否效果是否與小鼠相比具有更大的遺傳和臨床變異性。
響應模式
在他們的研究中，研究人員還確定了一些宿主對不同類型感染的反應模式。在具有細菌感染的小鼠中，被嗜中性粒細胞分泌的蛋白酶更為突出，這是可以預期的，因為中性粒細胞傾向於對細菌感染的反應比病毒感染更多。
另一方面，病毒感染引起了T細胞和NK細胞的蛋白酶活性，通常對病毒感染反應更多。產生最強信號的傳感器之一與稱為顆粒酶B的蛋白酶有關，該蛋白酶會觸發編程的細胞死亡。研究人員發現，該傳感器在病毒感染的小鼠的肺中被高度激活，並且NK和T細胞都參與了反應。
為了傳遞小鼠的傳感器，研究人員將它們直接注入了氣管中，但是現在它們正在開髮用於人類使用的版本，可以使用類似於哮喘吸入器類似的霧化器或吸入器來給藥。他們還在努力使用呼吸分析儀而不是尿液測試來檢測結果，這可以更快地提供結果。
參考：Melodi Anahtar，Leslie W. Chan，Henry KO，Aditya Rao，Ava P. Soleimany，Purvesh Khatri和Sangeeta N. Bhatia，2022年6月13日，“宿主蛋白酶分類的宿主蛋白酶分類”。國家科學院論文集。
doi：10.1073/pnas.2121778119
這項研究部分由Bill and Melinda Gates Foundation，Janssen研發，Koch Institute支持（CORE）的贈款（Core）資助以及國家癌症研究所的資助以及國家環境健康科學研究所。
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