Một Breathalyzer Cho Malaria? Nó Gần Như Bạn Nghĩ

Ngồi trước một bàn được phủ một tấm vải màu xanh, một nhà nghiên cứu đưa cho một cô gái nhỏ một thiết bị lạ lùng. Gắn vào một đầu là một ống bằng bìa nhỏ; vào đầu kia là một túi trắng to. Đứa trẻ nắm chặt thiết bị bằng tay trái, đặt môi quanh ống bằng bìa và thở ra một hơi dài, chậm. “Tốt, tốt, tốt,” nhà nghiên cứu nói nhẹ nhàng. “Có thể làm thêm một lần nữa được không?” Cô bé giữ môi quanh miệng, hít thở qua mũi và thở ra một hơi khác. Chiếc túi, mà ai đó đã ghi là “269” bằng bút chì Sharpie, nhấp nhô khi nó tràn đầy không khí. “Tốt! OK, đã xong,” nhà nghiên cứu nói khi cô ấy đậy chặt thiết bị thu mẫu và đặt sang một bên.

Bên trong chiếc túi, có hàng trăm phân tử xoay vòng—một số trong số chúng có thể giúp các nhà khoa học phát hiện nhiễm trùng. Để biết thêm, họ sẽ đưa không khí đã hết hạn của cô bé qua một ống kim loại hẹp đựng phức hợp tổ chức hấp thụ, kín chặt cả hai đầu bằng một cú xoay vặn, và gửi nó từ trung tâm chăm sóc trẻ em ở Lilongwe, Malawi đến một phòng thí nghiệm tại Đại học Washington ở St. Louis, Missouri. Ở đó, các nhà hóa học phân tích mẫu này để tìm kiếm một dấu vết hơi thở—một bộ hợp chất đặc trưng có thể phục vụ như bài kiểm tra dựa trên hơi thở đầu tiên trên thế giới cho malaria.

Ngày nay, mọi chẩn đoán malaria đều bắt đầu bằng máu. Trong bài kiểm tra tiêu chuẩn vàng, bác sĩ phổ một giọt máu lên một lá kính, nhuộm mẫu và kiểm tra nó dưới kính hiển vi. Nếu ký sinh trùng xuất hiện, nó sẽ hiện lên màu tím trên nền hồng của tế bào máu. Những “chấm máu” này tương đối dễ thực hiện, nhưng khó triển khai ở những khu vực nông thôn, thiếu nguồn lực. Những bài kiểm tra chẩn đoán nhanh được gọi là giải pháp ngày càng phổ biến. Chúng rẻ tiền, dễ sử dụng và chính xác. Vấn đề là, RDT hoạt động bằng cách phát hiện một protein được gọi là HRP2, và một số báo cáo ngày càng nhiều cho thấy Plasmodium falciparum (loài gây ra malaria nguy hiểm nhất) đang học cách không sản xuất phân tử này. “Đó là một ký sinh trùng rất khó khăn,” như Audrey Odom John, nhà vi sinh vật học tại Đại học Washington, chuyên gia về bệnh truyền nhiễm, người đã dẫn dắt nghiên cứu ở Malawi nói. “Và bây giờ, chúng ta đang mất đi một trong những bài kiểm tra hiệu quả nhất mà chúng ta có.”

May mắn thay, tự nhiên có thể đã cung cấp một giải pháp tạm thời. Malaria không phải là bệnh lây nhiễm qua không khí—bệnh lan truyền qua muỗi—nhưng các nhà nghiên cứu đã bắt đầu nghi ngờ rằng không khí thở có thể mang theo những dấu hiệu về sự truyền nhiễm của nó. Các nghiên cứu khác nhau gợi ý rằng malaria có thể thực sự thay đổi nội dung phân tử của hơi thở của con người, kích thích muỗi ăn máu từ người nhiễm và tăng tốc sự lan truyền của ký sinh trùng.

Nhưng khả năng kiểm soát tâm trạng của muỗi của malaria cũng có thể làm cho nó trở thành một mục tiêu chính cho chẩn đoán dựa trên hơi thở.

Trong phòng thí nghiệm Đại học Washington của Odom John, cô và đội ngũ của mình so sánh các hợp chất phân tử trong hơi thở của hai nhóm trẻ em: một nhóm có malaria, nhóm kia không. Họ phát hiện ra sáu hợp chất nồng độ của chúng thay đổi đột ngột giữa các nhóm.

Chúng là những dấu hiệu chẩn đoán mà những nhà nghiên cứu đã tìm kiếm. (Odom John từ chối tiết lộ tên các hợp chất, vì nghiên cứu của đội của cô đang được xem xét để xuất bản.) Bằng cách tổng hợp tỉ lệ tự do của mỗi hợp chất, những nhà nghiên cứu đưa ra một chẩn đoán cho mỗi đứa trẻ. Họ đúng 83 phần trăm thời gian.

Điều này không chính xác như chấm máu hoặc RDTs, chẩn đoán đúng hơn 90 phần trăm thời gian, và thử nghiệm đầu tiên này chỉ kiểm tra 35 đối tượng—nhưng đó là một kết quả khởi đầu hứa hẹn. Và những sáu hợp chất đó không phải là tất cả những gì nhà nghiên cứu đã tìm thấy.

Cũng nổi bật trong hơi thở của trẻ em có malaria là nồng độ cao các hợp chất được biết đến là terpen. Thường liên quan đến mùi thơm của các loại cây như cây thông, terpen là một chất kích thích muỗi đã biết. Việc chúng xuất hiện ở mức cao trong hơi thở của bệnh nhân malaria ngụ ý rằng mùi hương có thể thu hút muỗi đến người nhiễm bệnh, tăng tốc sự lây lan của ký sinh trùng.

“Rất là hứng thú, vì họ đã đạt được những gì có vẻ như hai phát hiện lớn trong một công việc đơn,” nói Stephanie Yanow, nhà vi sinh vật học tại Đại học Alberta, một chuyên gia về malaria và chủ tịch chương trình khoa học trợ giúp cho cuộc họp hàng năm của Hội Y học và Y học Nhiệt đới Hoa Kỳ, nơi Odom John và đội ngũ của cô đang trình bày công việc của họ trong tuần này. Cùng một lúc, cô nói, việc tìm thấy terpen làm người ta nghiêm túc. “Nó đang cho chúng ta thấy tài năng của loài ký sinh trùng này thực sự là như thế nào.”

Chưa kể đến việc gây chết người. Malaria giết hơn 400,000 người mỗi năm, hầu hết là trẻ em ở châu Phi cận Sahara, nơi cần phương pháp chẩn đoán mới nhất. "Tôi đã quen thấy bệnh nhân ở nơi xa xôi, nơi 90 phần trăm trẻ em sống và chết," nói Indi Trehan, bác sĩ nhi khoa tại Đại học Washington, người đã tiến hành nghiên cứu lâm sàng ở Malawi từ năm 2007 và là người dẫn đầu phần thu mẫu hơi trong nghiên cứu. “Một máy đo hơi cho malaria, ở một ngữ cảnh nông thôn, sẽ là một đột phá. Đặc biệt là ở những nơi HIV phổ biến, và có nhiều nỗi sợ xung quanh máu và kim tiêm."

Bước tiếp theo, theo Odom John, là lặp lại nghiên cứu trên nhiều bệnh nhân hơn và hoàn thiện quy trình chẩn đoán thành một thiết bị có thể phân tích hơi thở của bệnh nhân ngay tại chỗ. (Cô ấy nói đội của mình hiện đang hợp tác với các kỹ sư trên một "eNose" tương tự một trong những cái đang được phát triển để chẩn đoán lao.) Hiện tại, bước thu mẫu là rẻ, thấp công nghệ và đơn giản, chỉ cần một số ống nối, một miệng giấy bìa và một túi trắng lớn. Sau đó, họ sẽ phải giảm chi phí phân tích.

“Nếu muỗi có thể nhận biết ai nhiễm malaria,” Odom John nói, “chúng ta cũng nên có thể làm được.”