Η φοβερή αναπνοή σας προσπαθεί να σας πει κάτι - και όχι μόνο ότι είναι καιρός να ανοίξετε ένα μπουκάλι Listerine. Μέσα σε αυτό το σύννεφο κρεμμυδιών και παλιές μυρωδιές ψαριών τόνου είναι εκατοντάδες χημικές ενώσεις, οι οποίες συνδυάζονται στο στόμα σας για να δημιουργήσουν μια αναλογία τόσο μοναδική όσο ένα δακτυλικό αποτύπωμα. Αναλύοντας την αναλογία αυτή, οι ερευνητές έχουν καταλήξει σε έναν ισχυρό νέο τρόπο ανίχνευσης των υπογραφών διαφόρων ασθενειών, από τον καρκίνο του προστάτη έως τον Parkinson.
σχετικό περιεχόμενο
- Η ιστορία και η επιστήμη πίσω από την τρομερή αναπνοή σας
- Πώς η ψωρίαση έγινε ιατρική κατάσταση με μια "θεραπεία"
Σήμερα, στο περιοδικό American Chemical Society Nano, οι ερευνητές αποκαλύπτουν μια συστοιχία αισθητήρων που εντοπίζει και συλλαμβάνει το μοναδικό "αποτύπωμα" 17 διαφορετικών ασθενειών. Οι ερευνητές ελπίζουν ότι η σειρά τους, η οποία χρησιμοποιεί τεχνητή νοημοσύνη για να ταιριάζει με τα διαφορετικά επίπεδα και αναλογίες 13 βασικών χημικών ενώσεων που βρίσκονται στην ανθρώπινη αναπνοή σε διάφορες ασθένειες, θα ανοίξει το δρόμο για ένα ευέλικτο ιατρικό διαγνωστικό εργαλείο. Μετά τη δειγματοληψία της αναπνοής περισσότερων από 1.400 ατόμων, διαπίστωσαν ότι η τεχνική τους ήταν σε θέση να διακρίνουν μεταξύ ασθενειών με ακρίβεια 86%.
Η επιστήμη πίσω από το άρωμα της αναπνοής ενός ατόμου βρίσκεται μέσα στη σουίτα οργανικών χημικών ενώσεων που εκλύουμε συστηματικά στον αέρα με κάθε γέλιο, φωνάζοντας ή αναστενάζοντας. Αυτές οι ενώσεις συχνά εμφανίζονται με τα σημάδια των βιοχημικών αλλαγών που έγιναν από συγκεκριμένες ασθένειες-ένα φαινόμενο που αποτελεί τη βάση της σύγχρονης διάγνωσης της αναπνοής. Το πρόβλημα είναι ότι υπάρχει πολύς θόρυβος στο παρασκήνιο για να κοσκινίσετε: Σε ένα σύννεφο εκπνεόμενης αναπνοής, συνήθως θα δείτε εκατοντάδες από αυτές τις ενώσεις.
Οι αρχαίοι γιατροί που χρονολογούνται από το 400 π.Χ. ήξεραν ότι υπάρχει κάτι που πρέπει να συλλεχθεί από την εισπνοή αναπνοής ενός ασθενούς. Ο φημισμένος Έλληνας γιατρός Ιπποκράτης, μεταξύ άλλων, συνήθιζε να μυρίζει την αναπνοή των ασθενών του για να ανακαλύψει τι τους βομβαρδίζει. (Ακόμη χειρότερα, μερικοί γιατροί συνήθιζαν να μυρίζουν τα ούρα ή τα κόπρανα των ασθενών τους.) Από τότε έχουμε πάρει λίγο πιο εξελιγμένα. ανάλυση της αναπνοής έχει χρησιμοποιηθεί με επιτυχία για τη διάγνωση της κίρρωσης του ήπατος, του διαβήτη και του καρκίνου του παχέος εντέρου. Υπάρχει ακόμη και ένα ειδικό περιοδικό της Breath Research .
Όμως, στο παρελθόν, τέτοιες προσπάθειες έχουν χρησιμοποιηθεί κυρίως για την ανίχνευση μίας μόνο ασθένειας. Στη νέα μελέτη, ο Hossam Haick, ένας εμπειρογνώμονας νανοτεχνολογίας στο Technion-Israel Institute of Technology και αρκετές δωδεκάδες διεθνείς συνεργάτες, στόχευε να θέσει τις βάσεις για ένα γενικό διαγνωστικό εργαλείο για τον προσδιορισμό των υπογραφών της αναπνοής πολλών ασθενειών, συμπεριλαμβανομένης της νεφρικής ανεπάρκειας, Τη νόσο του Crohn, τον ΚΜ, τον καρκίνο του προστάτη και των ωοθηκών και πολλά άλλα. Η σειρά τους αξιολογεί πρώτα την σχετική αφθονία κάθε ένωσης μέσα στην αναπνοή ενός ατόμου και στη συνέχεια συγκρίνει τις υπογραφές ασθενειών με υγιή άτομα.
«Έχουμε ένα μείγμα ενώσεων που χαρακτηρίζουν μια δεδομένη ασθένεια, και αυτή η εικόνα είναι διαφορετική από τη μια ασθένεια στην άλλη», εξηγεί ο Haick. Χρησιμοποιώντας ανάλυση φασματομετρίας μάζας, η ομάδα αναγνώρισε πρώτα τις συγκεκριμένες σύνθετες υπογραφές για 17 διαφορετικές ασθένειες. Στη συνέχεια, έλαβαν δείγματα από την αναπνοή περισσότερων από 1.400 ατόμων, χρησιμοποιώντας μια αισθητήρια σειρά νανοσωλήνων άνθρακα και σωματίδια χρυσού για να καταγράψουν το μίγμα των ενώσεων που εκπνέουν. Μια σειρά αλγορίθμων υπολογιστών αποκρυπτογράφησαν τα στοιχεία που τους έλεγαν για την παρουσία ή την απουσία κάθε νόσου.
Τότε έρχεται η τεχνητή νοημοσύνη. "Μπορούμε να διδάξουμε στο σύστημα ότι μια αναπνευστική αποτύπωση θα μπορούσε να συσχετιστεί με μια συγκεκριμένη ασθένεια", λέει ο Haick, ο οποίος συνέχισε τη μελέτη. "Λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο που χρησιμοποιούμε τα σκυλιά για να ανιχνεύσουμε συγκεκριμένες ενώσεις. Φέρνουμε κάτι στη μύτη ενός σκύλου και ο σκύλος θα μεταφέρει αυτό το χημικό μείγμα σε μια ηλεκτρική υπογραφή και θα τον δώσει στον εγκέφαλο και στη συνέχεια θα τον απομνημονεύσει σε συγκεκριμένες περιοχές του εγκεφάλου ... Αυτό ακριβώς κάνουμε. Αφήνουμε να μυρίζει μια δεδομένη ασθένεια, αλλά αντί για μύτη χρησιμοποιούμε χημικούς αισθητήρες και αντί του εγκεφάλου χρησιμοποιούμε τους αλγορίθμους. Στη συνέχεια, στο μέλλον, μπορεί να αναγνωρίσει τη νόσο καθώς ένας σκύλος μπορεί να αναγνωρίσει ένα άρωμα. "
Ο Jonathan Beauchamp, φυσικός του περιβάλλοντος στο Fraunhofer-Institute for Process Engineering και Packaging στη Γερμανία, δήλωσε ότι η τεχνολογία παρουσιάζει έναν πολλά υποσχόμενο τρόπο να ξεπεράσει ένα σημαντικό εμπόδιο στην ανάλυση της αναπνοής. "Οι ίδιες ΠΟΕ (πτητικές οργανικές ενώσεις) συχνά αναβοσβήνουν ως δείκτες για πολλές διαφορετικές ασθένειες", λέει. "Πράγματι, είναι πλέον ευρέως αποδεκτό από την ερευνητική κοινότητα ότι οι μοναδικοί ΠΟΕ για συγκεκριμένες ασθένειες είναι απίθανο να υπάρχουν".
Ως εκ τούτου, η αναζήτηση συγκεντρώσεων διαφόρων ΠΟΕ σε σχέση με τον άλλο, όπως έκανε ο Haick και οι συνεργάτες του, μπορεί να αποδείξει την πιο ακριβή διαγνωστική μέθοδο, προσθέτει. "Αυτά τα αποτελέσματα καταδεικνύουν υψηλή ακρίβεια στην διάκριση μιας συγκεκριμένης ασθένειας έναντι μιας άλλης ... Η τρέχουσα μελέτη καταδεικνύει σαφώς τη δύναμη και την υπόσχεση της τεχνικής της συστοιχίας νανοσωματιδίων χρυσού", λέει.
Η μελέτη περιελάμβανε δεκάδες ερευνητές με βάση 14 ερευνητικά ιδρύματα σε πέντε διαφορετικές χώρες. Οι συμμετέχοντες ήταν εξίσου διαφορετικοί: Η μέση ηλικία ήταν 55 ετών. Περίπου οι μισοί ήταν άνδρες και οι μισοί ήταν γυναίκες. και περίπου το ένα τρίτο ήταν ενεργοί καπνιστές. Οι συμμετέχοντες προσελήφθησαν σε όλο τον κόσμο στις Ηνωμένες Πολιτείες, το Ισραήλ, τη Γαλλία, τη Λετονία και την Κίνα. "Ο μεγάλος αριθμός θεμάτων σε ποικίλες γεωγραφικές περιοχές αποτελεί πραγματικά βασική δύναμη αυτής της μελέτης", λέει η Cristina Davis, βιοϊατρική μηχανική που διευθύνει το εργαστήριο βιοϊατρικής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Ντέιβις.
"Μεγαλύτερες κλινικές δοκιμές όπως αυτό θα βοηθήσουν να προωθηθούν τα όρια της ανάλυσης της αναπνοής προς τα εμπρός και θα πρέπει να οδηγήσουν σε ελπιδοφόρα ιατρικά εργαλεία για την κλινική πρακτική", προσθέτει ο Ντέιβις, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη. "Έχουν λάβει νέες γνώσεις φασματομετρίας μάζας και συσχετίζονται με τη νέα τους έξοδο αισθητήρα".
Ο Haick ελπίζει ότι οι εκτεταμένες δοκιμές της ομάδας του θα οδηγήσουν σε ευρεία χρήση του νανοσυστήματος. Λέει ότι επειδή είναι προσιτή, μη επεμβατική και φορητή, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την ευρεία προβολή για ασθένειες. Με τη διαλογή ακόμη και εκείνων που δεν έχουν συμπτώματα, ένα τέτοιο εργαλείο θα μπορούσε να επιτρέψει τους τύπους των πρώιμων παρεμβάσεων που οδηγούν σε καλύτερα αποτελέσματα.
Αλλά αυτή η «μύτη» που τροφοδοτείται με AI μπορεί επίσης να έχει εφαρμογές πολύ πέρα από την ιατρική διάγνωση. Αρκετές εταιρείες έχουν ήδη την άδεια για άλλες εφαρμογές, λέει ο Haick. Μεταξύ των πολλών πιθανών χρήσεων, διαπιστώνει ότι ο πίνακας θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για ποιοτικό έλεγχο ανιχνεύοντας την αλλοίωση των τροφίμων. Θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για την ασφάλεια στα αεροδρόμια, ανιχνεύοντας τις χημικές υπογραφές των εκρηκτικών συσκευών.
"Το σύστημα είναι ιδιαίτερα ευαίσθητο και απλά πρέπει να το εκπαιδεύσετε σε διαφορετικούς τύπους εφαρμογών", λέει.
