Respirația ta groaznică încearcă să-ți spună ceva - și nu doar că e timpul să deschizi o sticlă de Listerine. În cadrul acestui nor de ceapă și mirosuri de pește nuanțat, se găsesc sute de compuși chimici, care se combină în gură pentru a crea un raport la fel de unic ca amprenta. Analizând acest raport, cercetătorii au dezvoltat o nouă modalitate puternică de a detecta semnăturile diferitelor boli, de la cancerul de prostată până la Parkinson.
Continut Asemanator
- Istoria și știința din spatele teribilului tău suflu
- Cum a devenit halitoza o stare medicală cu o „vindecare”
Astăzi în revista American Chemical Society Nano, cercetătorii dezvăluie o gamă de senzori care identifică și surprinde „amprenta” unică a 17 boli diferite. Cercetătorii speră că matricea lor, care folosește inteligența artificială pentru a potrivi nivelurile și raporturile variate ale 13 compuși chimici cheie care se găsesc în respirația umană la diferite boli, va deschide calea către un instrument de diagnostic medical versatil. După prelevarea respirației a mai mult de 1.400 de oameni, ei au descoperit că tehnica lor a fost capabilă să discrimineze bolile cu o precizie de 86 la sută.
Știința din spatele mirosului respirației unei persoane se află în suita de compuși chimici organici pe care îi expulzăm de rutină în aer cu fiecare râs, țipat sau suspin. Acești compuși sunt adesea marcați cu semnele modificărilor biochimice provocate de boli specifice - un fenomen care stă la baza diagnosticului modern al respirației. Problema este că există o mulțime de zgomote de fundal pentru a trece prin setare: într-un nor de respirație expirat, veți vedea de obicei sute de compuși.
Medicii antici care datează din 400 î.Hr., știau că ar trebui să se obțină ceva din adulmecarea respirației unei persoane bolnave. Faimosul medic grec Hippocrate, printre altele, obișnuia să miroasă respirația pacienților săi pentru a afla ce îi dureaza. (Chiar și mai rău, unii medici obișnuiau să miroasă urina sau scaunul pacienților lor.) De atunci ne-am simțit ceva mai sofisticat; analiza respirației a fost folosită cu succes pentru a diagnostica ciroza hepatică, diabetul și cancerul colorectal. Există chiar și un jurnal dedicat al cercetării respirației .
Dar anterior, astfel de eforturi au fost folosite în principal pentru a detecta o singură boală. În noul studiu, Hossam Haick, un expert în nanotech la Technion — Institutul Tehnologic din Israel și câteva zeci de colaboratori internaționali au urmărit să pună bazele unui instrument de diagnostic general pentru identificarea semnăturilor respiratorii ale multor boli, inclusiv insuficiență renală, cancer pulmonar, Boala Crohn, SM, cancerul de prostată și ovarian și multe altele. Gama lor evaluează mai întâi abundența relativă a fiecărui compus în respirația unei persoane și apoi compară semnăturile bolii cu persoanele sănătoase.
„Avem un amestec de compuși care caracterizează o anumită boală, iar această imagine este diferită de la o boală la alta”, explică Haick. Folosind analiza spectrometriei de masă, grupul a identificat mai întâi semnăturile specifice ale compusului pentru 17 boli diferite. Apoi au eșantionat respirația a mai mult de 1.400 de oameni, folosind o gamă senzorială de nanotuburi de carbon și particule de aur pentru a înregistra care amestec de compuși au expirat. O suită de algoritmi de calculator a descifrat ceea ce le-au spus datele despre prezența sau absența fiecărei boli.
Atunci intră inteligența artificială. „Putem învăța sistemul că o amprentă ar putea fi asociată cu o anumită boală”, spune Haick, care a condus studiul. „Acționează în același mod în care am folosi câinii pentru a detecta compuși specifici. Aducem ceva în nasul unui câine, iar câinele va transfera acel amestec chimic într-o semnătură electrică și îl vom furniza creierului, apoi îl vom memora în anumite regiuni ale creierului ... Aceasta este exact ceea ce facem. Lăsăm să miroasă o boală dată, dar în loc de nas folosim senzori chimici, iar în loc de creier folosim algoritmii. Apoi, în viitor, poate recunoaște boala ca un câine ar putea recunoaște un miros. ”
Jonathan Beauchamp, fizician de mediu la Fraunhofer-Institutul pentru Ingineria Proceselor și Ambalaje din Germania, a declarat că tehnologia prezintă o modalitate promițătoare de a depăși un obstacol major în analiza respirației. „Aceiași COV (compuși organici volatili) sunt adesea luminați ca markeri pentru multe boli diferite”, spune el. „Într-adevăr, acum este acceptat pe scară largă în cadrul comunității de cercetare a respirației că este puțin probabil să existe COV-uri unice pentru boli specifice.”
Prin urmare, căutarea concentrațiilor diferitelor COV în raport cu celălalt, așa cum au făcut Haick și colegii săi, ar putea dovedi metoda de diagnostic mai precisă, adaugă el. "Aceste rezultate demonstreaza o acuratete ridicata in discriminarea unei boli specifice fata de alta ... Studiul actual demonstreaza clar puterea si promisiunea tehnicii de aur a nanoparticulelor", spune el.
Studiul a implicat zeci de savanți cu sediul la 14 instituții de cercetare din cinci țări diferite. Participanții săi erau la fel de diverse: vârsta medie a fost de 55 de ani; aproximativ jumătate erau bărbați și jumătate erau femei; iar aproximativ o treime erau fumători activi. Participanții au fost recrutați în întreaga lume în Statele Unite, Israel, Franța, Letonia și China. „Numărul mare de subiecți din zone geografice variate este într-adevăr o forță esențială a acestui studiu”, spune Cristina Davis, un inginer biomedical care conduce laboratorul de bioinstrumentare de la Universitatea California din Davis.
„Studii clinice mai mari ca acestea vor ajuta la înaintarea frontierelor analizei respirației și ar trebui să contribuie la conducerea unor instrumente medicale promițătoare pentru practica clinică”, adaugă Davis, care nu a fost implicat în studiu. „Au luat noi cunoștințe de spectrometrie de masă și le-au cuplat la noua lor ieșire de senzori.”
Haick speră că testarea pe scară largă a echipei sale va duce la utilizarea pe scară largă a nanosistemului. El spune că, deoarece este accesibil, neinvaziv și portabil, ar putea fi folosit pentru a depista pe scară largă bolile. Prin screeningul chiar și celor fără simptome, un astfel de instrument ar putea permite tipurile de intervenții timpurii care duc la rezultate mai bune.
Dar acest „nas” alimentat de AI ar putea avea și aplicații mult dincolo de diagnosticul medical. Mai multe companii l-au autorizat deja pentru alte aplicații, spune Haick. Printre numeroasele utilizări potențiale, el afirmă că ar putea fi folosit pentru controlul calității prin detectarea deșeurilor alimentare. Poate fi folosit și pentru securitate pe aeroporturi, prin detectarea semnăturilor chimice ale dispozitivelor explozive.
„Sistemul este extrem de sensibil și trebuie doar să-l instruiți la diferite tipuri de aplicații”, spune el.
