【PNAS】小鼠模型中使用新传感器，两小时准确区分病毒性和细菌性肺炎！

研究的资深作者Sangeeta Bhatia说：“挑战在于，有很多不同的病原体可以导致不同种类的肺炎，即使是最广泛、最先进的检测，也无法在大约一半的患者中鉴定出引起疾病的具体病原体。如果你用抗生素治疗病毒性肺炎，那么你可能会导致抗生素耐药性，这是一个大问题，患者不会好转。”

在一项对小鼠的研究中，研究人员表明，他们的传感器可以在两小时内准确区分细菌性和病毒性肺炎，只需利用简单的尿检读取结果。

研究“Host protease activity classifies pneumonia etiology”发表在本周的《Proceedings of the National Academy of Sciences》上。

https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2121778119

感染体征

很难区分病毒性和细菌性肺炎的一个原因是，有非常多的微生物可以引起肺炎，包括细菌肺炎链球菌和流感嗜血杆菌，以及病毒如流感和呼吸道合胞病毒(RSV)。

在设计传感器时，研究团队决定专注于测量宿主对感染的反应，而不是试图检测病原体本身。病毒和细菌感染会引起不同类型的免疫反应，其中包括激活蛋白酶。麻省理工学院的研究小组发现，这些酶的活性模式可以作为细菌或病毒感染的标志。

人类基因组编码超过500种蛋白酶，其中许多被用于应对感染的细胞，包括T细胞、中性粒细胞和自然杀伤(NK)细胞。由斯坦福大学医学和生物医学数据科学副教授、论文作者之一Purvesh Khatri领导的研究小组收集了33个在呼吸道感染期间表达的公开基因数据集。通过分析这些数据，Khatri能够鉴定出39种蛋白酶，这些蛋白酶似乎对不同类型的感染反应不同。

Bhatia和她的学生们利用这些数据创建了20种不同的传感器，可以与那些蛋白酶相互作用。传感器由包被有肽的纳米颗粒组成，肽可以被特定的蛋白酶切割。每个肽都用一个报道分子标记，当肽被感染中上调的蛋白酶切割时，报道分子被释放，最终经尿液排出。然后可以用质谱分析尿液，确定哪些蛋白酶在肺部最活跃。

研究人员在五种不同的肺炎小鼠模型（肺炎链球菌、肺炎克雷伯菌、流感嗜血杆菌、流感病毒和肺炎病毒的感染引起）中测试了他们的传感器。

在读出尿液检测的结果后，研究人员利用机器学习来分析数据。使用这种方法，基于这20个传感器，他们能够训练可以区分肺炎与健康，也可以区分感染是病毒性还是细菌性的算法。

研究人员还发现，他们的传感器可以区分他们测试的5种病原体，但准确性低于其区分病毒和细菌的测试。可能研究人员追求的是开发的算法，不仅可以区分细菌和病毒感染，还可以识别引起细菌感染的微生物类别，这可以帮助医生选择对抗这类细菌的最佳抗生素。

反应模式

在他们的研究中，研究人员还确定了宿主对不同类型感染的一些反应模式。在细菌感染的小鼠中，中性粒细胞分泌的蛋白酶更突出，这是可以预期的，因为中性粒细胞往往对细菌感染比病毒感染反应更大。

而病毒感染则激发了T细胞和NK细胞的蛋白酶活性，通常对病毒感染的反应更大。其中一个产生最强信号的传感器与一种称为颗粒酶B的蛋白酶相关联，颗粒酶B触发程序性细胞死亡。研究人员发现，这种传感器在病毒感染的小鼠肺部被高度激活，并且NK细胞和T细胞都参与了反应。

为了在小鼠体内放入传感器，研究人员将它们直接注射到气管中，他们现在正在开发用于人类的版本，可以使用雾化器或类似于哮喘吸入器的吸入器给药。他们还在研究一种使用呼吸分析仪而不是尿检来检测结果的方法。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://phys.org/news/2022-06-nanoparticle-sensor-distinguish-viral-bacterial.html

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。