Ei-invasiivinen tuberkuloositriage ja potilaan kartoitusalusta, jossa käytetään hengitystä edullisen titaanidioksidinanoputkisensorin kautta

Tuberkuloosi on erilaisten mykobakteerikantojen aiheuttama tartuntatauti. Se tarttuu tyypillisesti keuhkoihin ja leviää ilmassa, kun tartunnan saanut potilas aivastaa, yskii tai sylkee. Kun näin tapahtuu, TB-basillit työntyvät ilmaan pisaraina, jotka voivat jäädä suspendoituneeksi pitkiä aikoja. Yksilön tarvitsee vain hengittää pieni määrä basilleja saadakseen tartunnan.

Perinteisiä menetelmiä tuberkuloosin havaitsemiseksi ja diagnosoimiseksi tehdään perinteisesti laboratorioissa tai sairaaloissa. Esimerkiksi yleisin tuberkuloosin diagnosointimenetelmä on yskösnäytteen haponkestävä värjäys, jonka jälkeen suoritetaan yskösnäytemikroskopia. Haittana yskösnäytetestissä on kuitenkin sen huono herkkyys, jonka arvioidaan olevan 70 %. Lisäksi yskössivelyspektroskopian herkkyyden kenttäolosuhteissa on osoitettu olevan paljon alhaisempi (35 %), erityisesti populaatioissa, joissa on korkea tuberkuloosi- ja HIV-tartunta. Mykobakteerien viljely yskösnäytteistä on herkempi tekniikka. Yskösnäytteet kerätään ja niitä viljellään joko kiinteässä tai nestemäisessä alustassa mykobakteerin läsnäolon havaitsemiseksi. Tämän menetelmän toteuttaminen vie kuitenkin aikaa (3–4 viikkoa kiinteille viljelmille ja 10–14 päivää nesteviljelmille), mikä vaikeuttaa sen käyttämistä vähäresursseissa olosuhteissa, jotka ovat tyypillisesti kaukana testaustiloista.

Viime aikoina on kehitetty muita teknologioita, mukaan lukien fluoresenssimikroskopia sivelytesteissä (10 % herkempi kuin valomikroskopia), LED-fluoresenssimikroskopia edullisia kuvantamislaitteita varten, joita voidaan käyttää kentällä ilman pimeähuoneen tarvetta, ja nopeat viljelytekniikat vähentämään inkubaatioaika. Kaikista tuberkuloosidiagnoosissa tehdyistä parannuksista huolimatta yksinkertaista edullista POC-testiä ei ole tällä hetkellä saatavilla. Edellä mainitut tekniikat keskittyvät joko mikroskopia- tai viljelytekniikan muunnelmiin. Kummassakin tapauksessa nämä menetelmät vaativat laboratoriotiloja ja korkeasti koulutettua henkilöstöä, joita ei tyypillisesti ole saatavilla monilla maaseutualueilla tai vähäresurssilla.

Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että eri mykobakteerikannat tuottavat erilaisia ​​kaasumaisia ​​haihtuvia biomarkkereita, joita voidaan käyttää menetelmänä mykobakteerin havaitsemiseen ja tunnistamiseen. Erityisesti Syhre ja Chambers havaitsivat, että Mycobacterium tuberculosis- ja Mycobacterium bovis -viljelmät vapauttavat neljää spesifistä haihtuvaa orgaanista biomarkkeria (VOB:ta): metyylifenyyliasetaattia, metyyli-p-anisaattia, metyylinikotinaattia ja o-fenyylianisolia. Nämä yhdisteet olivat havaittavissa ennen pesäkkeiden visuaalista ilmenemistä, mikä saattoi vaikuttaa piilevän TB-infektion havaitsemiseen. Syhre et ai. pystyivät havaitsemaan tilastollisesti merkitseviä eroja metyylinikotinaatin hengityksessä sikiöpositiivisten tuberkuloosipotilaiden hengityksessä verrattuna terveisiin (näytenegatiivisiin) koehenkilöihin. Näiden tutkimusten analyysit tehtiin käyttämällä kaasukromatografia/massaspektroskopia-analyysityökaluja. Vaikka ne ovat tehokkaita monimutkaisten kaasunäytteiden tunnistamisessa ja määrittämisessä, ne ovat kalliita, tilaa vieviä eivätkä sovellu hoitopisteiden (POC) diagnostiikkaan.

Nämä tuberkuloosin diagnosointiin liittyvät haasteet ovat merkittäviä, sillä tuberkuloosi on WHO:n mukaan toiseksi yleisin kuolinsyy yhdestä tarttuvasta organismista ja aiheuttaa vuosittain 1,3 miljoonaa kuolemaa (yli 3 500 joka päivä). Kaiken kaikkiaan maailmassa on tällä hetkellä arviolta 2 miljardia ihmistä tartunnan saaneita, ja joka vuosi ilmaantuu 8,6 miljoonaa uutta aktiivista tartuntaa.[8] Jokainen näistä henkilöistä voi välittää taudin 10–15 ihmiselle vuodessa, ja hoitamattomana kuolleisuus on 50 prosenttia. Tuberkuloosin taloudellinen taakka on hätkähdyttävä, sillä Maailmanpankki arvioi, että raskaan taakan maat voivat menettää jopa 7 prosenttia BKT:sta tuberkuloosipotilaiden ja heidän hoitajiensa tuottavuuden menettämisen vuoksi. On niin kriittistä, että Maailmanpankki sitoutui 100 miljoonaa dollaria tuberkuloosin testaamiseen ja hoitoon Intiassa pelkästään vuonna 2014.

Vuotuisista 8,6 miljoonasta uudesta aktiivisesta tuberkuloositapauksesta WHO:n arvion mukaan noin 3 miljoonaa näistä potilaista jää väliin eivätkä saa tarvitsemaansa diagnoosia tai hoitoa. Yksi tärkeimmistä syistä tähän aukkoon on viiveet tuberkuloosiin liittyvän hoidon saamisessa tai diagnostisten testien pitkät toimitusajat. Tämän seurauksena uusien laajamittaisten seulontatestien (tunnetaan myös triage- tai "sulkemistesteinä") kehittäminen on erityisen tarpeellista, koska jopa 80 %:lla tuberkuloosin varalta testatuista ihmisistä ei ole aktiivista sairautta, mikä venyttää rajallista ja arvokasta. resurssit, jotka on omistettu diagnostiseen testaukseen. Tämän seurauksena FIND, joka on maailman johtava tuberkuloosin kaltaisten sairauksien tutkimuksen ja kehityksen ohjaaja ja koordinoija, asetti uusien seulontatestien kehittämisen yhdeksi kolmesta tärkeimmistä prioriteeteista tuberkuloosin torjunnassa.

Tämä pilottitutkimus tehdään sen määrittämiseksi, onko äskettäin kehitetty haihtuviin biomarkkereihin perustuva haihtuviin biomarkkereihin perustuva TB-seulonnan tunnistusmetodologia toteuttamiskelpoinen käyttämällä edullista solid-state-anturia, jossa käytetään funktionalisoituja 3D TiO2-nanoputkimatriisia, jotka sitovat haihtuvia biomarkkereita. Jos kliininen herkkyys on riittävä, tämä tekniikka voisi tarjota keinon tunnistaa monet "jääneistä" tuberkuloosipotilaista ja mahdollistaa testausresurssien ja -ponnistelujen keskittämisen niihin, joilla on suurin riski saada tauti.

Olemme aiemmin testanneet muutaman paikallisen tuberkuloosiklinikan potilaiden hengitysprofiilia ja vahvistaneet näiden biomarkkereiden esiintymisen heidän hengityksensä (IRB_0065207). Nyt tarvitaan suurempia potilastutkimuksia, jotta saataisiin arvio herkkyydestä ja spesifisyydestä, jotta voidaan määrittää mahdollisuudet käyttää sensoria seulontatestinä. Tämä tutkimus suoritetaan Mumbaissa, Intiassa yliopiston Research Electronic Data Capture (REDCap) -järjestelmällä, jota käytetään tämän tutkimuksen tietojen turvalliseen keräämiseen ja tallentamiseen.

Mahatma Gandhi Mission Institute of Health Sciences Eettical Committee for Research on Human Subjects ja Scientific Advisory Committee on tarkastellut ja hyväksynyt tämän tutkimuksen.