Электронная микрофотография H. Pylori (розовый цвет) на клетках эпителия желудка человека (коричневый)
Фото: Cocugumsaglikli
По данным Всемирной гастроэнтерологической организации, половина населения нашей планеты страдают пилорическим хеликобактериозом, то есть инфицированы бактерией Helicobacter pylori. В 1990-х годах эпидемиологи доказали, что именно Helicobacter pylori становится ключевым фактором при возникновении гастритов, язв, воспаления слизистой органов пищеварения, а ВОЗ причислила инфекцию к канцерогенам первой группы.
Инфекция эта в мире распределена неравномерно. Так, в России она обнаруживается у 60-80% детей, хотя в США этот показатель чуть больше 14%, а в Германии, например, около 9,5%. В Москве носителями инфекции являются 84% взрослого населения.
Самые распространенные на сегодня методы диагностики хеликобактериоза — модификации дыхательного теста (уреазного, с помощью меченой радиоактивным углеродом мочевины) и гистологический метод (исследование биопсии). Однако оборудование и реактивы для дыхательных тестов (масс- либо ИК-спектрометров и тестов к ним) стоят довольно дорого, а биопсия — метод инвазивный, поэтому диагностика хеликобактериоза все еще не стала массовой. Изменить ситуацию собирается группа исследователей из Санкт-Петербурга, разработавшая скринер хеликобактер пилори HepyScreen.
Научный коллектив проекта HepyScreen сформировался на базе кафедры биомедицинской электроники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета (ЛЭТИ) — первой российской кафедры по биомедицинской инженерии. Кафедра эта с самого начала работала в тесном сотрудничестве с ПСПбГМУ им. акад. И.П. Павлова. Еще в 2002 году профессор кафедры клинической лабораторной диагностики ПСПбГМУ Лина Хоровская предложила аспирантам ЛЭТИ разработать прибор для диагностики хеликобактериоза. В это время проблемы лечения язвенной болезни, ассоциированной с Helicobacter pylori, были в центре дискуссий гастроэнтерологов и эпидемиологов США. И Хоровская, будучи членом Американской ассоциации по клинической химии (ААСС) и часто бывая в США (стране, занимавшей первое место в массовом скрининге инфекции), понимала актуальность проблемы диагностики хеликобактериоза. Про массовость диагностики в России тогда говорить и вовсе не приходилось: дыхательные спектрометры обходились в €50-70 тыс., а стоимость одного теста доходила до €80-100.
В начале 2010-х группа Александра Козлова, который сегодня руководит проектом HepyScreen, принялась за разработку метода диагностики, позволяющего проводить массовый скрининг хеликобактерной инфекции. Исследователи не считали неэффективными существующие методы и приборы, но им хотелось сделать процедуру обследования максимально надежной, быстрой и комфортной — как для пациента, так и для врача.
Разработанный в результате скринер HepyScreen так же, как и его предшественники, проводит диагностику по измерению концентрации аммиака в выдыхаемом воздухе после принятия нагрузки — водного раствора мочевины нормального изотопного состава. Но HepyScreen ведет учет базальной концентрации аммиака, что позволяет индивидуализировать обследование. В скринере расположен компрессор, отбирающий образец выдыхаемого воздуха. Через систему пробоподвода образец попадает на сенсор и затем выдувается из скринера.
Электрохимический сенсор — ключевая часть разработки. Он служит измерительным преобразователем, выдает электрический сигнал, пропорциональный концентрации аммиака. Высокая избирательность сенсора позволяет исключить влияние других выдыхаемых газов на результат анализа. Встроенный микропроцессор управляет всем процессом диагностики и преобразует выходные сигналы измерительного каскада (сенсор + схема усиления и фильтрации сигнала) в показания на дисплее. Результаты выводятся на дисплей в цифровом и графическом виде. В графическом виде демонстрируется изменение концентрации аммиака по времени. В цифровом виде — время, прошедшее от начала диагностики, а также концентрацию аммиака в каждый момент времени.
Время, необходимое для теста HepyScreen, сократилось до 5 минут. За счет того, что для него не нужны дорогие спектрометры, стоимость теста резко упала: теперь она не превышает $3,4. Сам прибор обходится российским заказчикам в 126 тыс. рублей, обследование можно пройти за 450 рублей [таб. 01].
Пока основатели проекта инвестировали в создание HepyScreen около $450 тыс. Был получен и грант в 1 млн рублей от Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (фонд Бортника).
В процессе исследований, предшествующих российской и европейской сертификации, команда HepyScreen обследовала около 600 взрослых и 200 детей. Продемонстрированная чувствительность метода, предложенного HepyScreen, — 94%, специфичность — 85%. "Процедура настолько комфортна, что ее легко проходят и дети, и пожилые пациенты. Например, мы обследовали блокадников и ветеранов ВОВ, можете себе представить возраст уважаемых пациентов, — говорит Козлов. — Все они с радостью прошли комфортную процедуру скрининга. Им было приятно, что можно обойтись без гастроскопии". Александр Козлов считает, что скринеры HepyScreen нужно ставить не в кабинеты гастроэнтерологов, а в кабинеты терапевтов и педиатров, — тогда обследование населения сможет стать действительно массовым.
Таб. 01 Быстрее и дешевле
| ||||||||||||||||||
Методы диагностики
В настоящее время существует несколько методов диагностики хеликобактериоза. Одни из них — инвазивные, предполагающие забор образцов ткани: гистологическое исследование образца, бактериоскопия мазков-отпечатков из биоптатов, ПЦР-тест материала биопсии (чаще всего материала эндоскопии, реже исследуются, например, зубной налет и желудочный сок). Среди недостатков таких методов не только неприятные ощущения пациента при биопсии, но и то, что взятый на биопсию образец может оказаться нерепрезентативным для анализа состояния всей внутренней поверхности желудка. Пробоподготовка и транспортировка образцов тоже отрицательно сказываются на точности постановки диагноза. Вместе с тем, именно бактериологический и молекулярный методы позволяют не только подтвердить или опровергнуть наличие инфекции, но и — в случае положительного ответа — исследовать устойчивость Helicobacter pylori к антибиотикам в организме конкретного человека. Часто при фиброгастродуоденоскопии (ФГДС) проводится и быстрый уреазный тест, когда наличие бактерии определяется по уреазной активности микроорганизма в биоптатах. Дело в том, что Helicobacter pylori продуцирует уреазу, а под воздействием фермента происходит гидролиз мочевины с образованием аммония. Зафиксировав изменение цвета теста (цвет служит индикатором кислотности), можно определить наличие возбудителя в образце.
Среди неинвазивных методов диагностики следует упомянуть иммунологический, предполагающий определение антител в слюне; серологию слюны на иммуноглобулин A, ПЦР (метод полимеразной цепной реакции, позволяющий увеличивать концентрацию некоторых фрагментов ДНК биоматериала) слюны или зубного налета, определение специфических антигенов в кале.
Однако одним из самых распространенных неинвазивных методов обнаружения Helicobacter pylori остается уреазный дыхательный тест с 13С или 14С-мочевиной, когда идентификация хеликобактериоза происходит не внутри желудка, а по изменению отношений 13С/12С или 14С/12С в выдыхаемом пациентом воздухе до и после приема изотопномеченой мочевины (пациент принимает раствор мочевины, меченной изотопами углерода 13С и 14С). После реакции в желудке образуется аммоний и углекислый газ, меченный изотопом, который постепенно, при всасывании, попадает в кровь, а затем из крови в альвеолы легких, после чего выдыхается. Анализ выдыхаемого воздуха до и после приема мочевины (через 15-30 минут после приема) позволяет увидеть наличие инфекции, а также — по результатам анализа соотношения введенного и полученного меченого изотопа углерода — предположить количество возбудителя.
Принято считать, что специфичность метода уреазного дыхательного теста не менее 98%, чувствительность 97,9-100%, что не уступает инвазивным способам. Но для определения соотношения изотопов нужны специальные приборы: ИК- или масс-спектрометры, которые определяют состав выдыхаемого воздуха. Стоимость таких устройств может доходить до $100 тыс., а стоимость теста для клиники составляет от $15 до $150, что в итоге дает стоимость теста для самого обследуемого в 850-2000 рублей.
Диагностику неоднократно пытались модифицировать — например, за счет проведения забора воздуха не при выдохе пациента, а с помощью "прокачки". Обследуемый держит во рту мундштук, обеспечивающий размыкание сфинктера — круглой мышцы, разделяющей пищевод и желудок. Объектом исследования при этом становится принудительно выкачиваемый воздух, что позволяет проанализировать соотношение между введенным и полученным количеством меченого изотопа углерода до того, как облачко аммония пройдет все метаболические превращения, необходимые при стандартном дыхательном уреазном тесте.