麻省理工学院的安妮·特拉顿 信用:CC0公共领域 利用专门的纳米粒子，麻省理工学院的工程师已经开发出一种通过分析病人呼出的气体来监测肺炎或其他肺部疾病的方法
在一项对小鼠的研究中，研究人员表明，他们可以使用该系统来监测细菌性肺炎，以及一种称为α-1抗胰蛋白酶缺乏症的肺部遗传疾病
“我们设想这项技术将允许你吸入一个传感器，然后在大约10分钟内呼出一种挥发性气体，报告你的肺部状况以及你正在服用的药物是否有效，”麻省理工学院健康科学与技术、电气工程和计算机科学的约翰和多萝西·威尔逊教授桑吉塔·巴蒂亚说
在将这种方法用于人类之前，还需要进行更多的安全性测试，但是在小鼠研究中，没有观察到肺部有毒性的迹象
巴蒂亚也是麻省理工学院科赫癌症综合研究所和医学工程与科学研究所的成员，是这篇论文的资深作者，这篇论文今天发表在《自然纳米技术》杂志上
这篇论文的第一作者是麻省理工学院高级博士后陈健添
其他作者是麻省理工学院的研究生梅洛迪·阿纳塔尔、麻省理工学院林肯实验室的技术人员王达轩、麻省理工学院的技术助理凯尔西·赫恩和林肯实验室的副组长罗德里克·昆兹
监控呼吸 几年来，巴蒂亚的实验室一直致力于研究可用作“合成生物标志物”的纳米粒子传感器
这些标记物是肽，不是由身体自然产生的，而是在遇到被称为蛋白酶的蛋白质时从纳米颗粒中释放出来的
包裹在纳米颗粒上的肽可以被定制，以便它们被与多种疾病相关的不同蛋白酶切割
如果一种肽被患者体内的蛋白酶从纳米颗粒上切割下来，它随后会被排泄到尿液中，在尿液中可以用类似怀孕测试的试纸条检测出来
巴蒂亚开发了这种类型的尿液测试，用于肺炎、卵巢癌、肺癌和其他疾病
最近，她将注意力转向开发可以在呼吸中而不是尿液中检测到的生物标志物
巴蒂亚说，这将使测试结果能够更快地获得，同时也避免了从可能脱水的病人身上获取尿样的潜在困难
她和她的团队意识到，通过化学修饰附着在合成纳米粒子上的肽，它们可以使粒子释放出一种叫做氢氟胺的气体，这种气体可以在呼吸中呼出
研究人员将挥发性分子附着在肽的末端，这样当蛋白酶切割肽时，它们就以气体的形式释放到空气中
巴蒂亚和她的团队与林肯实验室的昆兹和昂合作，设计了一种利用质谱检测呼吸气体的方法
研究人员随后在两种疾病的小鼠模型中测试了传感器——由铜绿假单胞菌引起的细菌性肺炎和抗胰蛋白酶缺乏症
在这两种疾病中，活化的免疫细胞产生一种叫做中性粒细胞弹性蛋白酶的蛋白酶，这种蛋白酶会引起炎症
对于这两种疾病，研究人员表明，他们可以在大约10分钟内检测到中性粒细胞弹性蛋白酶的活性
在这些研究中，研究人员使用了气管内注射的纳米粒子，但他们也在研究一种可以用类似于用于治疗哮喘的吸入器的设备吸入的版本
智能检测 研究人员还证明，他们可以使用传感器来监测肺炎和α-1抗胰蛋白酶缺乏症的药物治疗效果
巴蒂亚的实验室现在正致力于设计检测呼出气体传感器的新设备，这可能使它们更容易使用，甚至有可能让病人在家里使用它们
巴蒂亚说:“现在我们使用质谱作为检测器，但在下一代，我们一直在考虑是否可以制作一面智能镜子，你可以在镜子上呼吸，或者制作一些类似汽车酒精测试仪的东西。”
她的实验室也在研究可以同时检测多种蛋白酶的传感器
这种传感器可以被设计成揭示与特定病原体相关的蛋白酶的存在，可能包括SARS-CoV-2病毒
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