Выдыхаемый нами воздух содержит микрокапельки легочной жидкости, по которой можно диагностировать заболевания на ранней стадии. Только собрать эти капельки для анализа представляет собой нетривиальную задачу. Ученые из Института теоретической и экспериментальный биофизики РАН в Пущино разработали устройство для сбора наноаэрозолей, получающихся при высыхании микрокапелек, и последующего анализа таких сухих наночастиц с помощью атомно-силового микроскопа. Они успешно испытали устройство для сбора наноаэрозольных частиц высохшей легочной жидкости у людей. Результаты их работы опубликованы в январском номере Journal of Breath Research.

Диагностируют легочную форму туберкулеза обычно при появлении клинических признаков, а это означает, что болезнь зашла далеко. Врачи мечтают о таком методе, который позволял бы выявить болезнь на самой ранней стадии, например, по появлению каких-либо биомаркеров в биологических пробах. Но как их найти? В лаборатории наноструктур и нанотехнологий, которой заведует доктор физ-мат наук Виктор Морозов, при участии кандидата физ-мат наук Андрея Михеева предположили, что биомаркеры заболеваний легких могут содержаться в легочной жидкости. Значит, ее нужно собрать и проанализировать. Проблема в том, что частички очень маленькие — нанометрового размера. Для того, чтобы их выловить и рассмотреть по отдельности, ученые сделали оригинальную установку — электростатический коллектор.

В опыте участвовали семь волонтеров в возрасте 27-69 лет. Они дышали в трубку, воздух оттуда попадал в электростатический коллектор и шел вокруг острой вольфрамовой иглы под напряжением, где частички заряжались и направлялись к подложке с помощью электрического поля. Затем капельки легочной жидкости осаждались на графитовой подложке. Ученым удалось измерить концентрацию частиц легочной жидкости в потоке выдыхаемого воздуха, и хотя хотя она оказалась очень низкой, устройство позволяло собрать подавляющее большинство присутствующих в выдохе частиц. Кроме того, ученые впервые измерили форму частиц с помощью атомно-силового микроскопа.

Схема сбора капелек выдыхаемого воздуха

Схема сбора капелек выдыхаемого воздуха

-Мы впервые сумели собрать и проанализировать отдельные высохшие остатки выдыхаемых микрокапель легочной жидкости, определители их размеры, установили соотношение липидов и водорастворимых метаболитов в них. Но, по большому счету — это подготовительная работа для следующего шага: анализа биомаркеров в отдельных выдыхаемых микрокаплях, чем мы сейчас активно занимаемся, — пояснил пресс-службе ИТЭБ РАН Виктор Морозов.

Капелька из выдыхаемого воздуха с рас...

Капелька из выдыхаемого воздуха с расплывшимся вокруг липидом

Авторы работы полагают, что анализировать нужно именно отдельные микрокапли легочной жидкости, поскольку они могут выходить из разных частей легких, и только в тех микрокаплях, которые возникли в очаге заболевания будут содержаться маркеры заболевания в больших количествах. Анализируя такие «горячие» частицы, можно надеяться оценить размеры очага и где он локализован. Если же анализировать микрокапли в массе, то можно проглядеть небольшие очаги заболевания, так как небольшое число микрокапель из этих зон будет слишком разбавлено материалом из микрокапель из здоровых зон легкого.

Метод сбора биомаркеров из выдыхаемого воздуха, разработанный Морозовым с коллегами, позволяет проанализировать легочную жидкость неинвазивным путем. Сейчас, чтобы провести такой анализ, больному нужно залить в легкие физиологический раствор, а потом его откачать вместе с легочной жидкостью. Это сложная болезненная процедура, которую проводят под наркозом.

Источник: Morozov, V. N., and A. Y. Mikheev. «A collection system for dry solid residues from exhaled breath for analysis via atomic force microscopy.» Journal of breath research 11.1 (2017): 016006.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28068290

Статья подготовлена пресс-центром ИТЭБ РАН: http://web.iteb.psn.ru/press-release.html

Татьяна Перевязова, пресс-секретарь ИТЭБ РАН, iteb-press@yandex.ru,

Автор релиза: Татьяна Пичугина