Pneumonie, une maladie respiratoire qui tue environ 50 personnes, 000 personnes aux États-Unis chaque année, peut être causée par de nombreux microbes différents, y compris les bactéries et les virus. La détection rapide de la pneumonie est essentielle pour un traitement efficace, surtout dans les cas nosocomiales qui sont souvent plus graves. Cependant, les approches diagnostiques actuelles mettent souvent plusieurs jours pour obtenir des résultats définitifs, ce qui rend plus difficile pour les médecins de prescrire le bon traitement.

Les chercheurs du MIT ont maintenant développé une technologie à base de nanoparticules qui pourrait être utilisée pour améliorer la vitesse de diagnostic. Ce type de capteur pourrait également être utilisé pour surveiller si l'antibiothérapie a réussi à traiter l'infection, dit Sangeeta Bhatia, le professeur John et Dorothy Wilson des sciences et technologies de la santé, du génie électrique et de l'informatique et l'auteur principal de l'étude.

« Si les symptômes du patient disparaissent, alors vous supposez que le médicament fonctionne. Mais si les symptômes du patient ne disparaissent pas, alors vous voudriez voir si la bactérie se développe toujours. Nous essayions de résoudre ce problème, " dit Bhatia, qui est également membre du Koch Institute for Integrative Cancer Research et de l'Institute for Medical Engineering and Science du MIT.

Étudiant diplômé Colin Buss et récent doctorat. destinataire Jaideep Dudani sont les principaux auteurs de l'article, qui paraît en ligne le 29 novembre dans le journal EBioMédecine . Reid Akana, un senior du MIT, et Heather Fleming, directeur de recherche pour le laboratoire de Bhatia, sont également les auteurs de l'article.

Des capteurs dans le corps

Il y a plusieurs années, Bhatia et ses collègues ont développé une approche diagnostique qui amplifie un signal provenant de biomarqueurs déjà présents dans le corps, en particulier, enzymes appelées protéases, qui hachent d'autres protéines. Le génome humain code plus de 500 protéases différentes, dont chacun cible des protéines différentes.

L'équipe a développé des nanoparticules enrobées de peptides (protéines courtes) pouvant être hachées par certaines protéases, tels que ceux exprimés par les cellules cancéreuses. Lorsque ces particules sont injectées dans le corps, ils s'accumulent dans les tumeurs, s'il y en a, et les protéases y hachent les peptides des nanoparticules. Ces peptides sont éliminés en tant que déchets et peuvent être détectés par un simple test d'urine.

"Nous avons travaillé sur cette idée que la mesure de l'activité enzymatique pourrait être une nouvelle façon de scruter l'intérieur du corps, " dit Bhatia.

Dans des études récentes, elle a montré que cette approche peut être utilisée pour détecter différents types de cancers, y compris de très petites tumeurs ovariennes, qui pourrait permettre un diagnostic plus précoce du cancer de l'ovaire.

Pour leur nouvelle étude, les chercheurs voulaient explorer la possibilité de diagnostiquer une infection en détectant des protéases produites par des microbes. Ils ont commencé avec une espèce de bactérie appelée Pseudomonas aeruginosa , qui peut provoquer une pneumonie et est une cause particulièrement fréquente de cas nosocomiales. Pseudomonas exprime une protéase appelée LasA, les chercheurs ont donc conçu des nanoparticules avec des peptides qui peuvent être clivés par LasA.

Les chercheurs ont également développé un deuxième capteur à base de nanoparticules qui peut surveiller la réponse immunitaire de l'hôte à l'infection. Ces nanoparticules sont recouvertes de peptides clivés par un type de protéase appelé élastase, qui est produit par des cellules immunitaires appelées neutrophiles.

Chez certains patients atteints de pneumonie, même si un antibiotique élimine les bactéries responsables de l'infection, une radiographie pulmonaire peut toujours montrer une inflammation car les neutrophiles sont toujours actifs. L'utilisation conjointe de ces deux capteurs pourrait révéler si un antibiotique a éliminé l'infection, dans les cas où une radiographie pulmonaire montre encore une inflammation après le traitement.

"Les capteurs peuvent vous aider à distinguer s'il y a une infection et une inflammation, par rapport à l'inflammation et à l'absence d'infection, " dit Bhatia. " Ce que nous avons montré dans le document, c'est que lorsque vous traitez avec le bon antibiotique, l'infection diminue mais l'inflammation persiste."

Les chercheurs ont également montré que s'ils traitaient des souris avec un antibiotique inefficace, les niveaux de bactéries et les niveaux d'inflammation sont restés élevés. Ce type de test pourrait aider à révéler si un antibiotique fonctionne, dans les cas où les symptômes d'un patient ne se sont pas améliorés en quelques jours.

Diagnostiquer de nombreuses infections

Pour cette étude, les chercheurs ont délivré les nanoparticules par voie intraveineuse, mais ils travaillent maintenant sur une version en poudre qui pourrait être inhalée.

Bhatia envisage que cette approche pourrait être utilisée pour déterminer si un patient a une pneumonie bactérienne ou virale, ce qui aiderait les médecins à décider si le patient doit recevoir des antibiotiques ou non. L'épreuve définitive, cultiver une culture bactérienne à partir de mucus craché, prend plusieurs jours, les médecins fondent donc leurs décisions sur les symptômes des patients et l'imagerie aux rayons X, un processus qui peut ne pas toujours être précis.

Pour créer un diagnostic plus complet, Le laboratoire de Bhatia travaille maintenant sur l'ajout de peptides qui pourraient interagir avec les protéases d'autres types de bactéries qui causent la pneumonie, ainsi que des protéases que le système immunitaire de l'hôte produit en réponse à une infection virale ou bactérienne. Les chercheurs travaillent également sur des capteurs qui pourraient facilement distinguer les formes actives et dormantes de la tuberculose.

Bhatia et d'autres ont lancé une société appelée Glympse Bio qui a autorisé la technologie de détection de protéase et travaille actuellement au développement de capteurs de protéase pour une utilisation possible chez l'homme. L'année prochaine, ils prévoient de commencer un essai clinique de phase I d'un capteur capable de détecter la fibrose hépatique, une accumulation de tissu cicatriciel pouvant entraîner une cirrhose.