Vaš grozni zadah vam skuša nekaj povedati - in ne samo, da je čas, da odprete steklenico Listerine. Znotraj oblaka čebule in ustaljenega ribjega tuna je na stotine kemičnih spojin, ki se v ustih združijo in tako ustvarijo tako edinstveno razmerje kot prstni odtis. Z analizo tega razmerja so raziskovalci iznašli močan nov način za odkrivanje podpisov različnih bolezni, od raka prostate do Parkinsonove bolezni.
Sorodne vsebine
- Zgodovina in znanost za vašim groznim dihom
- Kako je halitoza postala "zdravilo"
Danes v reviji American Chemical Society Nano raziskovalci razkrivajo niz senzorjev, ki prepoznajo in zajamejo edinstven "odtis" 17 različnih bolezni. Raziskovalci upajo, da bo njihova paleta, ki uporablja umetno inteligenco za uskladitev različnih ravni in razmerij 13 ključnih kemičnih spojin, ki jih najdemo v človeškem dihu, različnim boleznim, odprla pot za vsestransko medicinsko diagnostično orodje. Po vzorčenju diha več kot 1400 ljudi so ugotovili, da je njihova tehnika z 86-odstotno natančnostjo lahko razlikovala med boleznimi.
Znanost, ki stoji za vonjem človekovega zadaha, leži v naboru organskih kemičnih spojin, ki jih z vsakim smehom, krikom ali vzdihom rutinsko izženemo v zrak. Te spojine so pogosto označene z znaki biokemijskih sprememb, ki jih prinašajo posebne bolezni - pojav, ki je osnova sodobne diagnostike dihanja. Težava je v tem, da je treba presejati veliko hrupa v ozadju: V oblaku izdihanega zraka boste običajno videli na stotine teh spojin.
Starodavni zdravniki, ki segajo v leto 400 pred našim štetjem, so vedeli, da je treba nekaj izžarevati iz zadaha zadah bolne osebe. Znani grški zdravnik Hipokrat je med drugim vonjal dih svojih pacientov, da bi ugotovil, kaj jih muči. (Še huje je, da so nekateri zdravniki vonjali po urinu ali blatu svojih pacientov.) Od takrat smo postali nekoliko bolj izpopolnjeni; analiza diha je bila uspešno uporabljena za diagnosticiranje ciroze jeter, diabetesa in kolorektalnega raka. Obstaja celo poseben časopis za raziskavo dihanja .
Toda prej so bila ta prizadevanja v glavnem uporabljena za odkrivanje ene same bolezni. V novi študiji so Hossam Haick, strokovnjak za nanotehnologijo na Tehnološkem tehnološkem inštitutu in več deset mednarodnih sodelavcev želeli postaviti podlago za splošno diagnostično orodje za prepoznavanje številnih dihalnih bolezni, vključno z odpovedjo ledvic, pljučnim rakom, Crohnova bolezen, MS, rak prostate in jajčnikov in še več. Njihov niz najprej oceni relativno številčnost vsake spojine v dahu človeka, nato pa primerja podpise bolezni z zdravimi posamezniki.
"Imamo mešanico spojin, ki so značilne za določeno bolezen, in ta slika se od bolezni do bolezni razlikuje, " razlaga Haick. Z analizo masne spektrometrije je skupina najprej identificirala posebne sestavljene podpise za 17 različnih bolezni. Nato so vzorčili več kot 1.400 ljudi s pomočjo senzoričnega niza ogljikovih nanocevk in zlatih delcev, da so registrirali, katero kombinacijo spojin so izdihnili. Paket računalniških algoritmov je razvozlal, kaj so jim podatki povedali o prisotnosti ali odsotnosti vsake bolezni.
Takrat pride umetna inteligenca. "Sistem lahko naučimo, da bi lahko dihalni odtis povezan z določeno boleznijo, " pravi Haick, ki je vodil študijo. "Deluje na enak način, kot ga uporabljamo psi, da odkrijemo posebne spojine. Nekaj prinesemo psu v nos in pes bo to kemično mešanico prenesel v električni podpis in jo dal možganom, nato pa si jo zapomnil v določenih predelih možganov… To je točno tisto, kar počnemo. Pustimo, da diši po določeni bolezni, vendar namesto nosu uporabljamo kemične senzorje in namesto možganov uporabljamo algoritme. Potem lahko v prihodnosti bolezen prepozna, saj pes lahko prepozna vonj. "
Jonathan Beauchamp, okoljski fizik iz Fraunhoferjevega inštituta za procesno inženirstvo in embalažo v Nemčiji, je dejal, da tehnologija predstavlja obetaven način za preseganje velike ovire pri analizi dihanja. "Iste HOS (hlapne organske spojine) se pogosto prižgejo kot markerji za številne različne bolezni, " pravi. "Dejansko je v skupnosti za raziskovanje diha že splošno sprejeto, da edinstvenih VOC za posebne bolezni verjetno ne bo obstajalo."
Zato lahko iskanje koncentracij različnih HOS v razmerju med seboj, kot sta to storila Haick in sodelavci, natančnejšo diagnostično metodo, doda. "Ti rezultati kažejo visoko natančnost pri razlikovanju ene konkretne bolezni od druge ... Trenutna študija jasno kaže moč in obljubo tehnike zlate nanodelce, " pravi.
V raziskavi je sodelovalo več deset znanstvenikov s sedežem v 14 raziskovalnih institucijah v petih različnih državah. Udeleženci so bili enako raznoliki: povprečna starost je bila 55 let; približno polovica je bila moških in polovica ženskega spola; približno tretjina pa je bila aktivnih kadilcev. Udeleženci so bili rekrutirani po vsem svetu v ZDA, Izraelu, Franciji, Latviji in na Kitajskem. "Veliko število predmetov na različnih geografskih območjih je resnično ključna prednost te študije, " pravi Cristina Davis, biomedicinska inženirka, ki vodi laboratorij za bioinstrumentacijo na kalifornijski univerzi v Davisu.
"Večja klinična preskušanja, kot je ta, bodo pomagala pri premikanju meja analize diha naprej in bi morala pripeljati do obetavnih medicinskih orodij za klinično prakso, " dodaja Davis, ki ni bil vključen v raziskavo. "Vzeli so novo znanje o množični spektrometriji in ga povezali s svojim novim izhodnim senzorjem."
Haick upa, da bo široko testiranje njegovega tima privedlo do širše uporabe nanosistema. Pravi, da bi ga lahko, ker je cenovno dostopen, neinvaziven in prenosljiv, široko uporabil za pregled bolezni. S pregledom tudi tistih, ki nimajo simptomov, bi lahko takšno orodje omogočilo vrste zgodnjih intervencij, ki vodijo do boljših rezultatov.
Toda ta "nos", ki ga poganja AI, ima lahko tudi aplikacije, ki presegajo medicinsko diagnostiko. Več podjetij je to že odobrilo za druge vloge, pravi Haick. Med številnimi možnimi načini uporabe ugotavlja, da bi lahko niz uporabili za nadzor kakovosti z odkrivanjem kvarjenja hrane. Lahko bi ga uporabili tudi za varnost na letališčih z odkrivanjem kemičnih podpisov eksplozivnih naprav.
"Sistem je zelo občutljiv, zato ga morate samo usposobiti za različne vrste aplikacij, " pravi.
