Muitos tipos diferentes de bactanãrias e va­rus podem causar pneumonia, mas não háuma maneira fa¡cil de determinar qual micróbio estãocausando a doença de um determinado paciente. Essa incerteza torna mais difa­cil para os médicos escolherem tratamentos eficazes porque os antibia³ticos comumente usados ​​para tratar a pneumonia bacteriana não ajudam os pacientes com pneumonia viral. Além disso, limitar o uso de antibia³ticos éum passo importante para reduzir a resistência aos antibia³ticos.

Pesquisadores do MIT agora projetaram um sensor que pode distinguir entre infecções virais e bacterianas por pneumonia , que eles esperam que ajude os médicos a escolher o tratamento apropriado.

"O desafio éque existem muitos patógenos diferentes que podem levar a diferentes tipos de pneumonia e, mesmo com os testes mais extensos e avana§ados, o pata³geno especa­fico que causa a doença de alguém não pode ser identificado em cerca de metade dos pacientes. vocêtrata uma pneumonia viral com antibia³ticos, então vocêpode estar contribuindo para a resistência a antibia³ticos, o que éum grande problema, e o paciente não vai melhorar", diz Sangeeta Bhatia, professor de ciências e tecnologia da saúde de John e Dorothy Wilson e de Engenharia Elanãtrica e Ciência da Computação no MIT e membro do Koch Institute for Integrative Cancer Research e Institute for Medical Engineering and Science do MIT.

Em um estudo com camundongos, os pesquisadores mostraram que seus sensores podiam distinguir com precisão pneumonia bacteriana e viral em duas horas, usando um simples teste de urina para ler os resultados.

Bhatia éo autor saªnior do estudo, que aparece esta semana no Proceedings of the National Academy of Sciences . Melodi Anahtar '16, Ph.D. '22 éo autor principal do artigo.

Uma razãopela qual tem sido difa­cil distinguir entre pneumonia viral e bacteriana éque existem muitos micróbios que podem causar pneumonia, incluindo as bactanãrias Streptococcus pneumoniae e Haemophilus influenzae , e va­rus como influenza e va­rus sincicial respirata³rio (RSV).

Ao projetar seu sensor, a equipe de pesquisa decidiu se concentrar em medir a resposta do hospedeiro a  infecção, em vez de tentar detectar o pra³prio pata³geno. Infecções virais e bacterianas provocam tipos distintos de respostas imunes, que incluem a ativação de enzimas chamadas proteases, que quebram protea­nas. A equipe do MIT descobriu que o padrãode atividade dessas enzimas pode servir como uma assinatura de infecção bacteriana ou viral.

O genoma humano codifica mais de 500 proteases, e muitas delas são usadas por células que respondem a  infecção, incluindo células T, neutra³filos e células natural killer (NK). Uma equipe liderada por Purvesh Khatri, professor associado de medicina e ciência de dados biomédicos da Universidade de Stanford e um dos autores do artigo, coletou 33 conjuntos de dados disponí­veis publicamente de genes que são expressos durante infecções respirata³rias. Ao analisar esses dados, Khatri conseguiu identificar 39 proteases que parecem responder de maneira diferente a diferentes tipos de infecção.

Bhatia e seus alunos usaram esses dados para criar 20 sensores diferentes que podem interagir com essas proteases. Os sensores consistem em nanoparta­culas revestidas com pepta­deos que podem ser clivados por proteases particulares. Cada pepta­deo émarcado com uma molanãcula repa³rter que éliberada quando os pepta­deos são clivados por proteases que são reguladas positivamente na infecção. Esses repa³rteres são eventualmente excretados na urina. A urina pode então ser analisada com espectrometria de massa para determinar quais proteases são mais ativas nos pulmaµes.

Os pesquisadores testaram seus sensores em cinco modelos de camundongos diferentes de pneumonia, causada por infecções de Streptococcus pneumoniae , Klebsiella pneumoniae , Haemophilus influenzae , va­rus da gripe e va­rus da pneumonia de camundongos.

Depois de ler os resultados dos testes de urina, os pesquisadores usaram aprendizado de ma¡quina para analisar os dados. Usando essa abordagem, eles foram capazes de treinar algoritmos que poderiam diferenciar entre pneumonia e controles sauda¡veis, e também distinguir se uma infecção era viral ou bacteriana, com base nesses 20 sensores.

Os pesquisadores também descobriram que seus sensores podiam distinguir entre os cinco patógenos testados, mas com menor precisão do que o teste para distinguir entre va­rus e bactanãrias. Uma possibilidade que os pesquisadores podem buscar édesenvolver algoritmos que possam não apenas distinguir infecções bacterianas de infecções virais, mas também identificar a classe de micróbios que causam uma infecção bacteriana , o que poderia ajudar os médicos a escolher o melhor antibia³tico para combater esse tipo de bactanãria.

A leitura baseada na urina também épassa­vel de detecção futura com uma tira de papel, semelhante a um teste de gravidez, o que permitiria o diagnóstico no local de atendimento. Para esse fim, os pesquisadores identificaram um subconjunto de cinco sensores que poderiam colocar os testes em casa mais pra³ximos. No entanto, énecessa¡rio mais trabalho para determinar se o painel reduzido funcionaria da mesma forma em humanos, que tem mais variabilidade genanãtica e cla­nica do que os camundongos.

Em seu estudo, os pesquisadores também identificaram alguns padraµes de resposta do hospedeiro a diferentes tipos de infecção . Em camundongos com infecções bacterianas, as proteases secretadas pelos neutra³filos foram observadas com mais destaque, o que era esperado porque os neutra³filos tendem a responder mais a s infecções bacterianas do que a s infecções virais.

As infecções virais, por outro lado, provocaram atividade de protease das células T e células NK, que geralmente respondem mais a s infecções virais. Um dos sensores que gerou o sinal mais forte estava ligado a uma protease chamada granzima B, que desencadeia a morte celular programada. Os pesquisadores descobriram que esse sensor foi altamente ativado nos pulmaµes de camundongos com infecções virais e que tanto as células NK quanto as T estavam envolvidas na resposta.

Para entregar os sensores em camundongos, os pesquisadores os injetaram diretamente na traqueia, mas agora estãodesenvolvendo versaµes para uso humano que podem ser administradas usando um nebulizador ou um inalador semelhante ao inalador de asma. Eles também estãotrabalhando em uma maneira de detectar os resultados usando um bafa´metro em vez de um teste de urina, o que pode dar resultados ainda mais rápidos.