Бактерии, ответственные за туберкулез, могут скрываться в ткани легких человека в течение десятилетий, прежде чем вызвать активное инфекционное заболевание туберкулезом, и, по оценкам, треть мирового населения может иметь такие скрытые инфекции, а от 5 до 10 процентов прогрессируют до активного заболевания. Выявить туберкулез очень сложно.В серии новых исследований Тони Ху, исследователь из Института биодизайна Университета штата Аризона, описывает разработку нескольких новых методов диагностики туберкулеза, которые повышают скорость, точность и стоимость выявления туберкулеза. Им также следует резко улучшить лечение туберкулеза.
Туберкулез остается одной из 10 основных причин смерти во всем мире, и только в 2015 году он стал причиной 1,8 миллиона смертей. Быстрая и точная диагностика туберкулеза имеет решающее значение как для ухода за пациентами, так и для предотвращения передачи туберкулеза. «Ежегодно регистрируется более 10 миллионов новых случаев туберкулеза», — говорит Ху, добавляя, что «треть из них не может быть диагностирована с помощью каких-либо доступных технологий».Хотя туберкулез можно вылечить, для этого необходимо, чтобы пациенты месяцами соблюдали строгий режим приема лекарств, несмотря на общие побочные эффекты, а бактерии ТБ с множественной лекарственной устойчивостью становятся все более распространенными.
Современные методы диагностики могут занять много времени и плохо выявлять ТБ у определенных типов пациентов, включая детей и пациентов с ВИЧ-инфекцией, что затрудняет определение того, кого нужно лечить и когда они были излечены от болезни.Новые подходы к улучшенному выявлению туберкулезаОдин из описанных новых методов решает эти проблемы путем измерения белков, выделяемых бактериями туберкулеза в кровоток во время активных инфекций.
Группа Ху применила этот подход для выявления пациентов со всеми формами туберкулеза, включая пациентов с коинфекцией ВИЧ, многие из которых не могут быть диагностированы обычными методами, такими как бактериальный посев.Скорость, стоимость и тип требуемой выборки также являются серьезными проблемами в условиях ограниченных ресурсов, где ТБ часто встречается чаще. По этой причине группа Ху разработала недорогой нанотехнологический подход для обнаружения другого фактора, попадающего в кровь у пациентов с активным туберкулезом. Этот метод требует очень небольшого количества оборудования или расходных материалов и считывается мобильным телефоном.
Эти тесты на туберкулез удовлетворяют острую потребность в быстрых и точных тестах на туберкулез, как указано в отчете Всемирной организации здравоохранения о туберкулезе за 2016 год, и должны широко использоваться для выявления активных случаев туберкулеза и мониторинга их реакции на лечение.Неуловимый врагСтандартные тесты на туберкулез страдают рядом серьезных недостатков, ограничивающих их полезность, особенно в тех областях, где медицинские ресурсы ограничены. Например, кожные пробы на реактивность ТБ могут определить, был ли человек инфицирован ТБ, но не то, присутствует ли инфекция по-прежнему, активна она или нет.
Бактериальный посев является золотым стандартом диагностики туберкулеза, но часто требуется от 4 до 6 недель для достижения окончательного результата, и он, как и другие методы выявления туберкулеза, может потерпеть неудачу, если бактерии туберкулеза не присутствуют в высокой концентрации в образце. Слизь из дыхательных путей (мокрота) обычно используется для этих анализов, поскольку туберкулез передается воздушно-капельным путем, но могут потребоваться инвазивные процедуры для получения образцов для посева, если у пациента не может быть достаточно мокроты или есть подозрение, что инфекция вышла из легких.
Доктор Ху и его коллеги применили подходы, основанные на нанотехнологиях, для обнаружения белков туберкулеза в образцах крови пациентов, чтобы улучшить обнаружение заболеваний. В отличие от существующих методов, которые пытаются идентифицировать бактерии или бактериальную ДНК в образцах мокроты или тканей, его два метода измеряют производные от ТБ факторы, попадающие в кровь только во время активных инфекций ТБ, и обеспечивают измерение количества активных бактерий ТБ у пациента.В наиболее чувствительной и высокотехнологичной версии этих двух тестов на ТБ группа Ху использовала нанодиски из пористого диоксида кремния, украшенные антителами к белкам ТБ CFP-10 и ESAT-6, и провела экспериментальное исследование, чтобы доказать, что этот метод может выявлять пациентов с ТБ-инфекциями в легких или вне их, независимо от результатов посева на ТБ или статуса сопутствующей ВИЧ-инфекции.Двойная проблема: туберкулез и ВИЧ
Возможность выявлять пациентов с коинфекцией ТБ и ВИЧ, у которых часто бывает отрицательный результат посева мокроты на ТБ, имеет решающее значение из-за высокой глобальной распространенности сочетанной инфекции ВИЧ-ТБ и ее летальных последствий. Исследования показывают, что 35 процентов пациентов с ВИЧ в США умирают от туберкулеза, а этот уровень смертности еще выше в Африке и Южной Азии, где 75 процентов пациентов с ВИЧ умирают от туберкулеза.
ВИЧ-инфицированные пациенты также в 20–30 раз более уязвимы к инфекции ТБ, чем люди, не инфицированные ВИЧ, в то время как пациенты с ТБ более восприимчивы к ВИЧ-инфекции. Симптомы ТБ могут напоминать другие осложнения ВИЧ, а стандартные тесты на ТБ менее чувствительны, когда используются для тестирования ВИЧ-инфицированных пациентов, поэтому у ВИЧ-положительных пациентов часто бывают недиагностированные случаи ТБ.В исследовании BMC Medicine изучались ВИЧ-инфицированные взрослые, включенные в Хьюстонскую инициативу по борьбе с туберкулезом, крупное исследование по скринингу и эпиднадзору за туберкулезом, которое проводилось с октября 1995 года по сентябрь 2004 года.
Измеряя уровень туберкулезного белка CPF-10 в крови ВИЧ-инфицированных субъектов, его группа выявила 85 процентов всех случаев ТБ и 67 процентов случаев ТБ с отрицательной посевом, что намного лучше, чем лучший доступный молекулярный тест, который, как сообщается, выявляет только 9 процентов случаев ТБ с отрицательной посевом у ВИЧ-инфицированных пациентов.Изучение реакции телаКоманда Ху также использовала аналогичный подход для выявления факторов в крови, которые могут идентифицировать элитных контролеров ВИЧ — очень редкую группу людей, которые могут подавить ВИЧ без лечения антиретровирусными препаратами.
Возможность быстро идентифицировать этих людей обещает иметь большое медицинское значение, поскольку дальнейшее изучение того, как они достигают этого впечатляющего подвига, может привести к усовершенствованию методов лечения и, возможно, излечения от ВИЧ-инфекции. Действительно, результаты исследования, опубликованного д-ром Ху, предполагают один механизм, с помощью которого элита контроля над ВИЧ может контролировать ВИЧ, — многообещающее открытие, заслуживающее дальнейшего изучения.Мыслите глобально, просматривайте локально
Возможность быстро диагностировать туберкулез у пациента, желательно во время одного визита, имеет большую пользу для общественного здравоохранения, но большинство тестов на туберкулез сложно или непрактично проводить в местах оказания помощи пациентам в районах с ограниченными ресурсами, где туберкулез часто встречается наиболее часто. Эту проблему можно до некоторой степени решить путем быстрого тестирования образцов в центральных лабораториях, но зачастую этого не делают.
Группа Ху разработала экспресс-тест, который подходит для диагностики туберкулеза и других инфекционных заболеваний на основе крови в условиях ограниченных ресурсов и который использует мобильный телефон в качестве микроскопа для считывания сигнала этого теста. Эта система в настоящее время весит менее фунта, стоит менее 2000 долларов и обеспечивает результаты, аналогичные результатам, получаемым с помощью больших дорогих микроскопических систем, предназначенных только для лабораторий или больниц. Его команда надеется создать более надежную систему с повышенной чувствительностью, которая стоит около 200 долларов и весит вдвое меньше, чтобы улучшить применимость решения для пунктов оказания медицинской помощи в районах с ограниченными ресурсами.
Ху подчеркивает мощь и универсальность новой диагностики: «Наша цель — диагностика всех форм туберкулеза. Мы нацелены на легочные, внелегочные, положительные на посевы, отрицательные на посевы, взрослые и педиатрические, на ВИЧ или без ВИЧ», — он говорит. «Пока в организме есть бактерии, мы можем их уловить».
Кроме того, достижения, описанные в этих диагностических исследованиях ТБ, также открывают двери для быстрой и точной диагностики широкого спектра инфекционных агентов, поскольку обе системы могут быть адаптированы для работы с другими патогенами человека.