Российские ученые разработали метод неинвазивной диагностики туберкулеза на ранней стадии. Для этого нужны пробы воздуха, который выдыхает потенциальный пациент. Статья с подробностями исследования сотрудников Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН опубликована в Journal of Breath Research.

У туберкулеза есть две формы: скрытая (латентная) и активная острая форма. Примерно треть населения Земли — носители этого заболевания, однако в острой форме оно не развивается, и окружающих эти люди не заражают. При переходе туберкулеза в активную форму его симптомы могут проявляться не сразу, так что на ранней стадии больной может быть уже заразен, но еще не замечать своей болезни.

Туберкулез вызывают микобактерии — внутриклеточные паразиты, которые живут в макрофагах. Макрофаги — это клетки, которые защищают организм, поглощая и разрушая клетки микробов и вирусов. Однако возбудители некоторых заболеваний научились избегать гибели внутри макрофагов, поселяясь и размножаясь в них самих. В процессе размножения микобактерий они выделяют определенные белки в жидкость, которая покрывает тонким слоем поверхность легкого. По присутствию таких белков-маркеров в легочной жидкости можно определить, когда туберкулез начинает активного развиваться. Однако в отличие от крови или мочи получить пробу легочной жидкости непросто. Например, существует способ бронхоальвеолярного лаважа, при которой легкие человека промывают физиологическим раствором. Это весьма неприятная процедура. Ученые предположили, что ее можно избежать, улавливая и анализируя ту часть легочной жидкости, которая попадает в выдыхаемый воздух в виде микроскопических капелек.

Для улавливания капель легочной жидкости ученые использовали аналог фильтра Петрянова. Он был разработан в СССР в середине прошлого века для очистки воздуха от радиоактивной пыли в атомной промышленности. В новой работе исследователи модифицировали эту технологию и создали фильтры для сбора и анализа частиц в воздухе. Насадку с таким фильтром можно надеть на бытовой пылесос, прогнать через фильтр воздух, а потом смыть с фильтра собранные частицы и изучить их состав. Ученые сконструировали простое и дешевое одноразовое устройство для сбора микрокапель в выдыхаемом воздухе.

Прибор, который ученые использовали для сбора выдыхаемого воздуха. А — конструкция фильтра; В — собственно прибор, совмещающий в себе респиратор и два фильтра; С — прибор на одной из участниц эксперимента. Victor N. Morozov et al.

Устройство испытали в Институте туберкулеза. 42% из тех, кто только поступил в клинику и еще не проходил лечение, дышали по 10 минут через капроновый фильтр в устройстве, после чего сотрудники института определяли, есть ли в собранном материале биомаркеры туберкулеза. Выяснилось, что выдыхаемом воздухе отсутствуют живые микобактерии, ДНК микобактерий и антигены микобактерий, но присутствуют антитела, специфичные к секретируемым антигенам микобактерии. Эти антитела в очень малых количествах (всего несколько тысяч или десятков тысяч молекул) обнаруживаются в пробах у большинства пациентов. Такие малые количества удалось обнаружить методом ультрачувствительного иммуноанализа. Он проводится на многокомпонентном микрочипе и позволяет быстро (за 5–10 минут) определять сразу несколько антител или антигенов. Таким образом, впервые удалось показать, что в выдыхамом воздухе присутствуют специфические маркеры заболевания – антитела, вырабатываемые на активно размножающийся возбудитель инфекции.

Помимо материала, собранного в Институте туберкулеза, ученые исследовали пробы выдыхаемого воздуха, взятые у 13 здоровых добровольцев. Выяснилось, что по присутствию антител, специфичных к патогенам микобактерии, удается диагностировать наличие активной формы туберкулеза с чувствительностью и специфичностью около 60–70%. Диагностировать туберкулез с большей точностью мешает то, что у части здоровых людей, долго контактировавших с больными, в легких нарабатываются такие же антитела, как и у больных. Проблему повышения специфичности можно решить, если дополнить анализ антител проверкой на еще один признак инфекции — воспаление в легких, которое можно определить по наличию в выдыхаемом воздухе особых регуляторных белков — интерлейкинов. Такая проверка станет следующей задачей исследователей, если проект получит дальнейшее финансирование.