Систему для сверхточного обнаружения желудочно-кишечных инфекций разработали в ИТМО

Ученые ИТМО разработали систему для обнаружения Helicobacter pylori — бактерий, вызывающих серьезные заболевания желудочно-кишечного тракта, например, язву, гастрит и рак. Предложенная технология по принципу работы похожа на распространенные дыхательные тесты: система анализирует состав выдыхаемого человеком воздуха. Но в сравнении с аналогами ее точность близка к 100%.

Один из самых эффективных способов выявить причину заболевания желудка — уреазный дыхательный тест. Этот метод позволяет по выдоху человека определить, поражен ли организм хеликобактерной инфекцией. Состав выдыхаемого воздуха и соотношение в нем диоксидов углерода 12 и 13 могут изменяться в зависимости от пола, возраста, привычек и особенностей пищевого поведения. Из-за такого большого  количества факторов тесты нередко дают сбой, и пациентам приходится повторно проходить исследование. Ученые ИТМО предложили более удобную и чувствительную систему диагностики. С точностью до 98% она устанавливает, есть ли в организме бактерии Helicobacter pylori.

Разработанная система включает в себя газоанализатор и программное обеспечение. Газоанализатор состоит из лазера, кюветы (закрытой емкости для пробы), приемника излучения, а также систем охлаждения и блока питания. В основе разработки — рамановская спектроскопия. Именно благодаря этому методу авторы проекта смогли достичь высокой точности. Он позволяет узнать характеристики веществ по взаимодействию молекул со светом. Но если, например, в ИК-спектроскопии изучается поглощение, то здесь же ученые смотрят на рассеяние, то есть как частицы света отражаются от молекул.

«Принцип работы нашей системы упрощенно выглядит так: пациент выдыхает сначала базовую пробу, затем, после приема специального препарата с высоким содержанием изотопа 13С, вторую. Обе пробы анализируются и сравниваются, если во второй 13C будет больше, чем в первой, система зафиксирует сигнал в виде пиков (отклонений) на световой волне. Это с большой вероятностью означает, что в желудке пациента есть Helicobacter pylori. Если же количество 13C останется неизменным — бактерий нет. Точный объем углерода вычисляет ПО», – объясняет Евгений Попов, главный автор проекта, руководитель научно-исследовательской лаборатории спектроскопии биологических объектов ИТМО.

Чтобы проверить систему диагностики, исследователи провели 7 тысяч измерений. Образцы — газовые смеси, состав которых близок к пропорциям веществ в человеческом выдохе, —  предоставил Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева. Эксперименты показали, что аппаратно-программный комплекс с точностью до 98% определяет объем исследуемых веществ.

«Большинство приборов, которые используют для неинвазивной диагностики кишечно-желудочных заболеваний, — зарубежного производства. Мы же предложили технологию на основе отечественных компонентов, которая к тому же превосходит аналоги по точности. Анализ выдоха происходит в программном обеспечении с интуитивно-понятным интерфейсом — он подсказывает порядок действий при проведении измерений. Это практически исключает влияние человеческого фактора и упрощает работу лаборанту», – комментирует Владимир Виткин, руководитель лаборатории оптоэлектронного обеспечения киберфизических систем ИТМО.

Следующий этап проекта — это поиск медицинских центров и лабораторий для проведения доклинических и клинических исследований, тестирование системы уже на реальных образцах. Также, по словам ученых, в будущем технологию можно будет адаптировать и под диагностику других болезней — например, диабета, рака легких, астмы и туберкулеза.

Вопросы, ответы, комментарии