Новое диагностическое устройство для анализа выдыхаемого воздуха разработали специалисты МГУ имени М.В. Ломоносова в составе научного коллектива. «Выдох» собирают с помощью П-образной трубки, после чего электрохимически определяют в нем концентрацию пероксида водорода – одного из маркеров окислительного стресса легких, который может быть связан с ухудшением здоровья дыхательной системы. Результат представлен в Talanta.
Жидкость, покрывающая поверхность дыхательных путей, содержит разнообразную информацию о здоровье легких, однако прямой ее анализ сегодня осуществляется с помощью введения нейтральной жидкости в бронхи и легкие под местной анестезией в ходе бронхоальвеолярного лаважа.
Альтернативным способом получить эту жидкость можно из выдыхаемого воздуха, которого в среднем человек выдыхает около 10 000 литров в день. Это воздух является не однородной системой, а аэрозолем с мельчайшими каплями воды, в которых растворены сотни важных для диагностики метаболитов, рассказали в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова.
Наиболее простым решением является проведение неинвазивного анализа выдыхаемого воздуха с его охлаждением, которое необходимо для перехода всех метаболитов в раствор. Однако при таком подходе жидкость с поверхности дыхательных путей становится слишком разбавленной и непригодна для изучения распространенными клиническими методами, добавили специалисты вуза.
Для повышения эффективности диагностики здоровья легких без вмешательства в организм пациента специалисты МГУ имени М.В. Ломоносова с коллегами из Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н.И. Пирогова разработали устройство, которое позволяет собирать и исследовать выдыхаемый аэрозоль без разбавления жидкости с поверхности дыхательных путей. Для проверки корректности работы нового сенсора ученые привлекли здоровых пациентов, людей, перенесших COVID-19, а также потребителей никотинсодержащей продукции.
«Для конденсации жидкостей из выдыхаемого воздуха мы использовали не охлаждение, а разработанный нами турбулентный конденсор, что позволило получать в 10 раз более концентрированную жидкость с поверхности дыхательных путей. Более того, анализ выдыхаемого воздуха нашим способом более простой и дешевый, а также не несет никаких рисков для пациента», — рассказал один из авторов работы, старший научный сотрудник кафедры химической энзимологии химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова Егор Андреев.
П-образная трубка для сбора выдыхаемого воздуха
Специалист подчеркнул, что новый сенсор способен обнаруживать очень низкие концентрации пероксида водорода (H2O2), по которому можно судить об уровне окислительного стресса в дыхательных путях.
«Датчик уровня H2O2 содержит наночастицы берлинской лазури – синего пигмента, который применяется в электрохимических устройствах. Это вещество в 1000 раз превосходит по своим характеристикам платину, которую традиционно используют для определения пероксида водорода в присутствии кислорода», — добавил исследователь.
По мнению ученых, потребность в их устройстве в настоящее время диктуется так называемым постковидным синдромом, маркеры которого могут быть в жидкости на поверхности дыхательных путей. Согласно исследованиям, у пациентов с таким диагнозом уровень пероксида водорода ниже, чем у здоровых людей, тогда как у курильщиков значительно выше.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.