Томограф против туберкулеза: В поисках палочки
Несмотря на все успехи медицины, палочка Коха остается крайне опасным противником человечества: туберкулезом (или, как его называли раньше, чахоткой) страдает почти треть населения планеты, и 2 млн человек умирают от него ежегодно. Конечно, бороться с ней можно. Но чтобы вовремя обнаружить это опасное заболевание, требуется довольно изощренная и дорогостоящая процедура.
Традиционная диагностика туберкулеза требует получения пробы мокроты больного и окраски ее специфическими красителями. Затем лаборант, наблюдая пробу под микроскопом, пытается обнаружить окрашенные таким образом бактерии. На анализ требуется почти целый день, а чтобы заметить палочки, они должны присутствовать в анализе в числе не менее 10 тыс. на 1 мл. При этом однозначное установление диагноза остается затруднительным: болезнь слишком многообразна в своих проявлениях. Так что нередко ему требуется подтверждение — например, дополнительное культивирование микроорганизмов в течение уже недель, и окончательное установление наличия палочки Коха.
Существуют и более современные процедуры, использующие инъекции туберкулина с тем, чтобы проследить последующую иммунную реакцию больного. Но и они требуют, по крайней мере, нескольких дней. А болезнь не ждет и продолжает развиваться... Так что новый инструмент диагностики туберкулеза — именно то, «что доктор прописал». Например, такой, прототип которого был представлен недавно — размерами с мобильный телефон, стоимостью не более пары сотен долларов, в тысячи раз чувствительней и в десятки раз быстрее всех существующих тестов.
Сам по себе прибор — лишь датчик, подключенный к настольному компьютеру, который, собственно, и ведет анализ, выдавая результат. В будущем планируется создать переносную версию, достаточную для почти моментального анализа пробы на месте.
Самое интересное — то, что по сути датчик представляет собой упрощенную миниатюрную версию ЯМР-спектроскопа, работая на основе явления ядерного магнитного резонанса. В отличие от своих крупных собратьев — таких, как академические ЯМР-спектроскопы, которые могут занимать целые здания, или медицинские томографы размерами с внушительный шкаф, он не требует использования сверхмощных магнитов. А стало быть, и размеры его удалось уменьшить в десятки раз.
Делается все в несколько шагов: к пробе мокроты добавляется препарат, содержащий наночастицы железа, покрытые антителами, которые «прилипают» к палочкам Коха. Эта проба пропускается через капиллярные каналы, сквозь мембраны, на которых эти комплексы оседают, а свободные наночастицы проходят свободно. У самого канала расположена миниатюрная радиочувствительная антенна и магнит, которые позволяют обнаружить наличие и число обладающих магнитными свойствами наночастиц, которые (будучи связанными с микробами) осели на мембране.
Несмотря на кажущееся сложным описание, на практике технология достаточно проста и не требует опытного персонала — в отличие от традиционных методов. К тому же, теоретически метод легко распространить и на другие заболевания. Достаточно заменить антитела, связанные с железными наносферами, на любые подходящие, и мы получим универсальное средство диагностики, в принципе, любых бактериальных инфекций.
Читайте также, как современная наука борется с другим древним врагом человечества — малярией — «Противомалярийные комары».
По публикации IEEE Spectrum