Метод диагностики туберкулеза (ТБ) у детей использует оптические свойства наночастиц золота для обнаружения заболевания. В этом методе используется алгоритм искусственного интеллекта (ИИ) для повышения чувствительности теста.
По данным исследовательской группы из Медицинской школы Вашингтонского университета и Тулейнского университета, диагностировать туберкулез у детей особенно сложно. Образцы бактерий, являющихся маркерами заболевания, трудно получить у детей, даже при использовании анализа мокроты.
Исследователи разработали способ оптического обнаружения двух факторов вирулентности туберкулеза — молекулы липоарабиноманнана (LAM) и связанного белка, называемого LprG. Эти факторы обнаруживаются на везикулах в клетках крови больных туберкулезом.
Макрофаги, тип лейкоцитов, которые поглощают и переваривают патогены, выделяют везикулы, наполненные LAM и LprG, при наличии туберкулеза. Исследователи использовали оптический подход к молекулам LAM и LprG, чтобы идентифицировать везикулы, секретируемые клетками, инфицированными туберкулезом.
«Проблема в том, что каждая клетка нашего тела производит тысячи везикул в день», — сказал профессор Тони Йе Ху, возглавлявший исследовательскую группу. «В образце крови могут быть миллиарды везикул, из которых лишь несколько сотен будут получены из инфицированных туберкулезом макрофагов».
Исследователи покрыли наночастицы золота размером 50 нм антителами, которые связываются с LAM и LprG. В образцах крови, содержащих везикулы, инфицированные туберкулезом, антитела связывались с молекулами LAM и LprG, покрывающими везикулы. Команда использовала анализ изображений с помощью микроскопа темного поля (DFM) с малым увеличением, чтобы обнаружить зонды наночастиц золота, связывающиеся с молекулами LAM и LprG на везикулах.
Анализ DFM с малым увеличением можно автоматизировать, что делает его пригодным для клинического применения. Однако он подвержен артефактам, которые могут увеличить фоновый шум и снизить чувствительность.
Чтобы сделать тест более чувствительным, исследователи создали алгоритм искусственного интеллекта для автоматического захвата изображений DFM с малым увеличением и обработки изображений для уменьшения артефактов, возникающих во время анализа.
Алгоритм устраняет фоновый шум, который может быть вызван веществами на поверхности наночастиц, и позволяет проводить быстрый анализ образцов.
Исследователи гибридизовали везикулы, выделенные из клеток с туберкулезом, с разведениями анти-LAM, конъюгированных с антителами золотых наностержневых зондов, чтобы определить концентрацию зонда, необходимую для максимизации отношения сигнал-шум при низких концентрациях целевых везикул.
Чтобы оценить технику, исследователи протестировали кровь животных, инфицированных туберкулезом. Они обнаружили, что могут надежно выявлять инфекцию туберкулеза, а также могут определять, была ли инфекция активной или находится в латентном состоянии — различие, которое можно было бы использовать для руководства лечением.
Исследователи также проверили образцы крови, собранные в ходе предыдущих исследований, проведенных у детей с ВИЧ, группы высокого риска заражения туберкулезом. Тест продемонстрировал высокую чувствительность, точно обнаружив ТБ у 39 из 44 детей, у которых было известно о подтвержденном ТБ; выявление еще 57 из 77 детей с неподтвержденным ТБ, которые не были пропущены стандартными тестами.
«Уровни биомаркеров также снизились после начала лечения, что подчеркивает потенциал теста как способа мониторинга реакции на лечение», — сказала профессор Сильвия Лакурс, руководившая клинической частью исследования.
Работа по оценке анализа в проспективных исследованиях детей с подозрением на ТБ продолжается. Хотя для текущего теста по-прежнему требуется сложная лаборатория, Ху сказал, что его адаптируют, чтобы его можно было проводить в сообществе с помощью смартфона.
«Туберкулез — это заболевание, встречающееся в основном в районах с ограниченными ресурсами», — сказал Ху. «В идеале создать метод на основе смартфона, который можно было бы использовать в пунктах оказания медицинской помощи в этих условиях».
Из четверти миллиона детей в возрасте до 15 лет, ежегодно умирающих от туберкулеза, более 80% моложе пяти лет. Почти во всех этих случаях, примерно в 96%, диагноз детям не был поставлен.
«Это трагедия, потому что когда детям ставят диагноз и лечат, они чувствуют себя хорошо», — сказал Лакурс.
No comments:
Post a Comment