Ученые Университета Нотр-Дам выяснили, почему анализы выдыхаемого воздуха годами давали неточные результаты. Исследование показало, что биомаркеры болезней испаряются из микрокапель конденсата прямо во время дыхательных пауз.
Разработанная учеными математическая модель позволит создать портативные приборы для быстрой диагностики ХОБЛ без забора крови.
Проверили гипотезу
Исследование началось с пересмотра давнего научного заблуждения. Ранее считалось, что разброс показателей в анализах выдыхаемого воздуха вызван исключительно биологическими особенностями пациентов.
Команда инженеров из Университета Нотр-Дам во главе с доцентом Цзинчэном Ма выдвинула иную гипотезу: целевые вещества теряются не в организме, а из-за физических процессов во время перехода газа в жидкость при сборе пробы.
Как проходило исследование
Для проверки этой теории ученые смоделировали процесс дыхания человека в лабораторных условиях. С помощью разработанной флуоресцентной платформы они смогли отследить поведение веществ на уровне отдельных микрокапель. Исследователи детально изучили два процесса: соконденсацию (как биомаркеры задерживаются в формирующихся каплях) и испарение (сколько вещества улетучивается в процессе сбора).
Серия тестов с контролем длительности вдохов и пауз показала, что существенные потери биомаркеров происходят прямо во время дыхательного цикла. Ключевыми факторами ошибок оказались размер капель и задержки между вдохами. То есть чем дольше пауза в дыхании, тем больше целевых молекул успевает испариться из образца. Дополнительно ученые зафиксировали влияние внешней температуры и влажности на конечное качество пробы.
Дело за «малым»?
На основе полученных измерений команда создала математическую модель, которая описывает потерю биомаркеров в единичной капле и экстраполирует эти данные на всю поверхность конденсатора. Это позволило впервые точно рассчитать погрешность при сборе анализа и заложить основу для создания стандартизированных диагностических приборов.
«Для перехода от стадии исследований к реальному клиническому применению EBC потребуются совместные усилия. Мне нравится думать о нас как о мосте, соединяющем инженерные разработки с планированием. Сейчас мы ищем будущих партнеров среди разработчиков устройств и врачей, разделяющих цель сделать лечение более доступным для пациентов», — говорит Цзинчэн Ма.
Напомним, ХОБЛ (хроническая обструктивная болезнь легких) — это тяжелое прогрессирующее заболевание легких, при котором нарушается проходимость дыхательных путей и становится все труднее дышать.
Ранее ученые выяснили, что смехотерапия облегчает дыхание при тяжелых болезнях легких.
