Platforma pro neinvazivní třídění TB a mapování pacientů pomocí dechu prostřednictvím levného nanotrubicového senzoru oxidu titaničitého

TBC je infekční onemocnění způsobené různými kmeny mykobakterií. Obvykle infikuje plíce a šíří se vzduchem, když infikovaný pacient kýchá, kašle nebo plivá. Když k tomu dojde, bacily TBC jsou vymrštěny do vzduchu v kapičkách, které mohou zůstat zavěšené po dlouhou dobu. Jedinec prostě potřebuje vdechnout malé množství bacilů, aby se nakazil.

Konvenční metody pro detekci a diagnostiku TBC se tradičně provádějí v laboratořích nebo nemocnicích. Například nejběžnější metodou pro diagnostiku TBC je kyselé rychlé barvení vzorku sputa, po kterém pak následuje mikroskopický test stěru ze sputa. Nevýhodou testu stěru ze sputa je jeho nízká citlivost, která se odhaduje na 70 %. Navíc se ukázalo, že citlivost spektroskopie sputa v terénu je mnohem nižší (35 %), zejména v populacích, které mají vysokou míru koinfekce TBC a HIV. Kultivace mykobakterií ze vzorků sputa je citlivější technikou. Vzorky sputa se odebírají a kultivují buď v pevném médiu, nebo v tekutém médiu, kde se hledá přítomnost mykobakterií. Provedení této metodiky však vyžaduje čas (3-4 týdny pro pevné kultury a 10-14 dní pro kapalné kultury), což ztěžuje použití v prostředí s nízkými zdroji, které jsou obvykle daleko od testovacích zařízení.

Nedávno byly vyvinuty další technologie, včetně fluorescenční mikroskopie pro testy nátěru (o 10 % citlivější než světelná mikroskopie), LED fluorescenční mikroskopie pro levné zobrazovací zařízení, které lze použít v terénu bez potřeby temné komory, a techniky rychlé kultivace pro snížení inkubační doba. Navzdory všem zlepšením, která byla provedena v diagnostice TBC, není v současné době k dispozici žádný jednoduchý levný POC test. Výše uvedené techniky se buď zaměřují na variace mikroskopie nebo kultivační techniky. V obou případech tyto metody vyžadují laboratorní zařízení a vysoce vyškolený personál, který obvykle není dostupný v mnoha venkovských oblastech nebo oblastech s nízkými zdroji.

Nedávný výzkum ukázal, že různé kmeny mykobakterií produkují odlišné plynné těkavé biomarkery, které lze použít jako metodologii pro detekci a identifikaci mykobakterií. Konkrétně Syhre a Chambers zjistili, že kultury Mycobacterium tuberculosis a Mycobacterium bovis vydávají čtyři specifické těkavé organické biomarkery (VOB): methylfenylacetát, methyl-p-anisát, methylnikotinát a o-fenylanisol. Tyto sloučeniny byly detekovatelné před vizuálním výskytem kolonií, což by mohlo mít důsledky pro detekci latentní infekce TBC. Syhre a kol. byli schopni detekovat statisticky významné rozdíly metylnikotinátu v dechu pacientů s TBC s pozitivním stěrem ve srovnání se zdravými (stěr negativní) subjekty. Analýzy v těchto studiích byly provedeny pomocí analytických nástrojů plynové chromatografie/hmotnostní spektroskopie. I když jsou účinné při identifikaci a kvantifikaci komplexních vzorků plynů, jsou drahé, objemné a nejsou vhodné pro diagnostiku v místě péče (POC).

Tyto problémy spojené s diagnózou TBC jsou významné, protože TBC je podle WHO druhou nejčastější příčinou úmrtí v důsledku jediného infekčního organismu a je zodpovědná za 1,3 milionu úmrtí ročně (více než 3 500 každý den). Celkově je v současnosti celosvětově infikováno odhadem 2 miliardy lidí a každý rok se objeví 8,6 milionu nových aktivních infekcí.[8] Každý z těchto jedinců může přenést nemoc na 10 až 15 lidí ročně a čelit 50% úmrtnosti, pokud se neléčí. Ekonomická zátěž TBC je ohromující, protože Světová banka odhaduje, že země s vysokou zátěží mohou ztratit až 7 % HDP kvůli ztrátám produktivity pacientů s TBC a jejich pečovatelů. Je tak zásadní, že Světová banka vyčlenila 100 milionů dolarů na testování a léčbu TBC v Indii jen v roce 2014.

Z 8,6 milionů nových aktivních případů TBC, které se ročně objeví, WHO odhaduje, že zhruba 3 miliony z těchto pacientů jsou „pominuty“ a nedostává se jim diagnózy nebo péče, kterou potřebují. Jedním z hlavních důvodů této mezery je zpoždění v přístupu k péči související s TBC nebo dlouhé dodací lhůty pro diagnostické testy. V důsledku toho je vývoj nových rozsáhlých screeningových testů (známých také jako triage nebo „vylučovací“ testy) zvláště potřebný vzhledem ke skutečnosti, že až 80 % lidí testovaných na TBC nemá aktivní onemocnění, což prodlužuje omezené a cenné zdroje, které jsou věnovány diagnostickému testování. V důsledku toho společnost FIND, světový lídr v oblasti vedení a koordinace výzkumu a vývoje nemocí, jako je TBC, zařadila vývoj nových screeningových testů za jednu ze 3 hlavních priorit v boji proti TBC.

Tato pilotní studie bude provedena s cílem zjistit, zda je proveditelná nově vyvinutá metodika snímání pro screening TB na POC založená na těkavých biomarkerech pomocí levného senzoru v pevné fázi využívajícího funkcionalizované 3D pole nanotrubiček TiO2, které vážou těkavé biomarkery. Pokud je klinická citlivost dostatečná, mohla by tato technologie poskytnout prostředek pro identifikaci mnoha „zmeškaných“ pacientů s TBC a umožnit, aby se testovací zdroje a úsilí zaměřily na ty, u nichž je nejvyšší riziko onemocnění.

Dříve jsme testovali dechový profil malého počtu pacientů z místních TB klinik a potvrdili přítomnost těchto biomarkerů v jejich dechu (IRB_0065207). Větší studie pacientů jsou nyní nutné k získání odhadu citlivosti a specifičnosti k určení potenciálu použití senzoru jako screeningového testu. Tato studie bude provedena v indické Bombaji s univerzitním systémem Research Electronic Data Capture (REDCap), který se používá k bezpečnému shromažďování a ukládání dat z této studie.

Tato studie byla přezkoumána a schválena Etickým výborem pro výzkum lidských subjektů a vědeckým poradním výborem Institutu zdravotnických věd v misi Mahátma Gándhího.