Российские ученые разработали датчики для быстрого обнаружения инфекций органов дыхания у телят. Устройства анализируют летучие соединения, которые содержатся в носовой слизи, и с высокой точностью определяют изменения их состава, свидетельствующие о заболеваниях. Благодаря компактности и простоте использования такие датчики помогут значительно упростить выявление больных животных на фермах и в хозяйствах, занимающихся разведением крупного рогатого скота. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ). Полученные результаты исследования опубликованы в журнале Veterinary Sciences, кратко о них сообщается в пресс-релизе РНФ.
Причиной респираторных заболеваний телят могут быть как бактерии, так и вирусы. Многие из них в норме обитают в дыхательных путях телят, но при переохлаждении, стрессе, неполноценном питании вызывают болезни органов дыхания — например, ринит или пневмонию. При этом инфекции долгое время могут протекать скрытно, что значительно усложняет их диагностику.
Ученые из Воронежского государственного университета инженерных технологий разработали датчики, позволяющие выявлять такие болезни на ранних стадиях по мазку носовой слизи. Более ранние исследования показали, что существует целый ряд летучих органических соединений, которые указывают на наличие инфекций органов дыхания. Они появляются из-за того, что при развитии заболевания под действием иммунных механизмов изменяется работа клеток слизистых оболочек носовой полости, вязкость и состав белков носовых выделений, что влияет на летучие молекулы, выделяемые слизью. К таким биомаркерам респираторных заболеваний относятся некоторые спирты, альдегиды, карбоновые кислоты, кетоны и амины.
Чтобы проанализировать весь комплекс этих летучих веществ в носовой слизи телят, химики сконструировали 16 датчиков с различными покрытиями из полимеров и наноматериалов, включая полиэтиленгликоль, гидроксиаппатит, углеродные нанотрубки и другие. Эти материалы способны с наибольшей эффективностью поглощать (сорбировать) вещества-биомаркеры респираторных заболеваний.
Детектор «Diagnost-Bio-8» для анализа химического состава носовой слизи телят. Источник: Kuchmenko T. et al./Vet. Sci., 2021
Исследователи брали образцы слизистых выделений из носа у 20 больных и 20 здоровых телят, выращенных на ферме. Предварительное медицинское обследование показало, что больные телята имели все признаки респираторных инфекций: повышенную температуру, кашель, хрипы, поражение легких на рентгеновских снимках. Образцы выделений помещали в ячейку детектора, и чувствительные покрытия при поглощении летучих соединений из слизи изменяли сигнал, подаваемый в анализатор. По этому оценивали химический состав выделений. Оказалось, что во всех пробах, взятых у больных животных, датчики выявили биомаркеры респираторных инфекций. При этом их состав несколько варьировался, что может быть связано с различной природой (бактериальная или вирусная) и тяжестью заболевания. В то же время в образцах носовой слизи от здоровых телят соединений, свидетельствующих об инфекции, не было.
Чтобы дополнительно проверить точность методики, исследователи взяли пробы носовых выделений еще десяти телят, определили их химический состав, а затем сравнили результаты анализа с состоянием здоровья животных. Все пробы, которые содержали биомаркеры инфекций, принадлежали телятам с симптомами респираторных заболеваний, а пробы без биомаркеров — здоровым животным.