Plataforma no invasiva de mapeo de pacientes y clasificación de TB que utiliza la respiración a través de un sensor de nanotubos de dióxido de titanio de bajo costo

La tuberculosis es una enfermedad infecciosa causada por varias cepas de micobacterias. Por lo general, infecta los pulmones y se propaga por el aire cuando un paciente infectado estornuda, tose o escupe. Cuando esto ocurre, los bacilos de la TB son lanzados al aire en forma de gotitas que pueden permanecer suspendidas durante largos períodos de tiempo. Una persona simplemente necesita inhalar una pequeña cantidad de bacilos para infectarse.

Los métodos convencionales para la detección y el diagnóstico de la TB se realizan tradicionalmente en laboratorios u hospitales. Por ejemplo, el método más común para el diagnóstico de la TB es la tinción acidorresistente de una muestra de esputo, seguida de una prueba de microscopía de frotis de esputo. Sin embargo, una desventaja de la prueba de frotis de esputo es su poca sensibilidad, que se estima en un 70%. Además, se ha demostrado que la sensibilidad de la espectroscopia de frotis de esputo en entornos de campo es mucho más baja (35%), especialmente en poblaciones que tienen altas tasas de coinfección por TB y VIH. El cultivo de micobacterias a partir de muestras de esputo es una técnica más sensible. Las muestras de esputo se recolectan y cultivan en medios sólidos o líquidos en busca de la presencia de la micobacteria. Sin embargo, llevar a cabo esta metodología lleva tiempo (de 3 a 4 semanas para cultivos sólidos y de 10 a 14 días para cultivos líquidos), lo que dificulta su empleo en entornos de bajos recursos que generalmente están lejos de las instalaciones de prueba.

Recientemente, se han desarrollado otras tecnologías, incluida la microscopía de fluorescencia para pruebas de frotis (un 10 % más sensible que la microscopía de luz), la microscopía de fluorescencia LED para equipos de imagen económicos que se pueden usar en el campo sin necesidad de un cuarto oscuro y técnicas de cultivo rápido para reducir Tiempo de incubación. A pesar de todas las mejoras que se han realizado en el diagnóstico de la TB, actualmente no se dispone de una prueba POC simple y económica. Las técnicas mencionadas anteriormente se centran en variaciones de microscopía o técnica de cultivo. En cualquier caso, estos métodos requieren instalaciones de laboratorio y personal altamente capacitado que normalmente no están disponibles en muchas áreas rurales o de bajos recursos.

Investigaciones recientes han demostrado que varias cepas de micobacterias producen distintos biomarcadores gaseosos volátiles que se pueden utilizar como metodología para detectar e identificar la micobacteria. Específicamente, Syhre y Chambers descubrieron que los cultivos de Mycobacterium tuberculosis y Mycobacterium bovis emiten cuatro biomarcadores orgánicos volátiles (VOB) específicos: fenilacetato de metilo, p-anisato de metilo, nicotinato de metilo y o-fenilanisol. Estos compuestos fueron detectables antes de la apariencia visual de las colonias, lo que podría tener implicaciones en la detección de la infección tuberculosa latente. Syhre et al. pudieron detectar diferencias estadísticamente significativas de nicotinato de metilo en el aliento de pacientes con TB con baciloscopía positiva en comparación con sujetos sanos (con baciloscopía negativa). Los análisis en estos estudios se realizaron utilizando herramientas de análisis de cromatografía de gases/espectroscopia de masas. Si bien son efectivos para identificar y cuantificar muestras de gases complejas, son costosos, voluminosos y no apropiados para diagnósticos en el punto de atención (POC).

Estos desafíos asociados con el diagnóstico de la TB son importantes, ya que la TB es la segunda causa principal de muerte debido a un solo organismo infeccioso y es responsable de 1,3 millones de muertes al año (más de 3500 cada día), según la OMS. En general, se estima que 2000 millones de personas están actualmente infectadas en todo el mundo con 8,6 millones de nuevas infecciones activas cada año.[8] Cada uno de estos individuos puede transmitir la enfermedad a 10 a 15 personas por año y enfrentar una tasa de mortalidad del 50% si no se trata. La carga económica de la TB es asombrosa, ya que el Banco Mundial estima que los países con alta carga pueden perder hasta el 7% del PIB debido a las pérdidas de productividad de los pacientes con TB y sus cuidadores. Es tan importante que el Banco Mundial comprometió $100 millones para realizar pruebas y tratar la TB en India solo en 2014.

De los 8,6 millones de nuevos casos de TB activa que ocurren anualmente, la OMS estima que aproximadamente 3 millones de estos pacientes se 'pierden' y no reciben el diagnóstico o la atención que necesitan. Una de las principales razones de esta brecha son los retrasos en el acceso a la atención relacionada con la TB o los largos plazos de entrega de las pruebas de diagnóstico. Como resultado, el desarrollo de nuevas pruebas de detección a gran escala (también conocidas como pruebas de triaje o de "descarte") es particularmente necesario debido al hecho de que hasta el 80 % de las personas a las que se les hace la prueba de TB no tienen la enfermedad activa, lo que amplía el limitado y valioso recursos que se dedican a las pruebas diagnósticas. Como resultado, FIND, líder mundial en la orientación y coordinación de la investigación y el desarrollo de enfermedades como la TB, clasificó el desarrollo de nuevas pruebas de detección como una de las 3 prioridades principales en la lucha contra la TB.

Este estudio piloto se llevará a cabo para determinar si una metodología de detección recientemente desarrollada para la detección de TB en el POC basada en biomarcadores volátiles es factible mediante el uso de un sensor de estado sólido de bajo costo que utiliza matrices de nanotubos de TiO2 3D funcionalizados que se unen a los biomarcadores volátiles. Si la sensibilidad clínica es suficiente, esta tecnología podría proporcionar un medio para identificar a muchos de los pacientes con TB 'perdidos' y permitir que los recursos y esfuerzos de prueba se centren en aquellos con mayor riesgo de tener la enfermedad.

Previamente, probamos el perfil de aliento de un pequeño número de pacientes de clínicas locales de TB y confirmamos la presencia de estos biomarcadores en su aliento (IRB_0065207). Ahora se requieren estudios de pacientes más grandes para obtener una estimación de la sensibilidad y especificidad para determinar el potencial de usar el sensor como prueba de detección. Este estudio se llevará a cabo en Mumbai, India, con el sistema de captura de datos electrónicos de investigación (REDCap) de la Universidad que se utiliza para recopilar y almacenar de forma segura los datos de este estudio.

Este estudio ha sido revisado y aprobado por el Comité Ético para la Investigación en Seres Humanos y el Comité Asesor Científico del Instituto de Ciencias de la Salud de la Misión Mahatma Gandhi.