Tvůj hrozný dech se ti snaží něco říct - a nejen to, že je čas rozbít otevřít láhev Listerine. V tomto oblaku cibule a zatuchlých pachů tuňáků jsou stovky chemických sloučenin, které se v ústech spojují a vytvářejí tak jedinečný poměr jako otisky prstů. Analýzou tohoto poměru vědci přišli s novým silným způsobem, jak detekovat podpisy různých nemocí, od rakoviny prostaty po Parkinsonovu chorobu.
Související obsah
- Historie a věda za vaším hrozným dechem
- Jak se hemitóza stala zdravotním stavem pomocí „léku“
Dnes v časopise American Chemical Society Nano vědci odhalili senzorové pole, které identifikuje a zachycuje jedinečný „dechový tisk“ 17 různých nemocí. Vědci doufají, že jejich pole, které využívá umělou inteligenci k přizpůsobení se různým úrovním a poměrům 13 klíčových chemických sloučenin nalezených v lidském dechu k různým nemocem, připraví cestu pro všestranný lékařský diagnostický nástroj. Po odběru vzorků dechu více než 1400 lidí zjistili, že jejich technika byla schopna rozlišit mezi nemocemi s 86% přesností.
Věda za vůní osobního dechu leží v soupravě organických chemických sloučenin, které rutinně vylučujeme do vzduchu při každém smíchu, řevu nebo povzdechu. Tyto sloučeniny se často vyznačují příznaky biochemických změn vyvolaných specifickými chorobami - jevem, který tvoří základ moderní diagnostiky dechu. Problém spočívá v tom, že je třeba projít spoustou okolního hluku: V oblaku vydechovaného dechu obvykle uvidíte stovky těchto sloučenin.
Starověcí lékaři z roku 400 před naším letopočtem věděli, že je možné získat něco, co by se dalo vyčichat dechu nemocného. Slavný řecký lékař Hippocrates, mimo jiné, voněl pacientovým dechem, aby zjistil, co je trápí. (Ještě horší je, že někteří lékaři cítili moč svých pacientů nebo stolici.) Od té doby jsme byli trochu sofistikovanější; K diagnostice cirhózy jater, diabetu a kolorektálního karcinomu byla úspěšně použita dechová analýza. K dispozici je dokonce i speciální časopis Journal of Breath Research .
Dříve se však takové úsilí používalo hlavně k detekci jediné choroby. V nové studii se Hossam Haick, odborník na nanotechnologie v Technionu - Izraelský technologický institut, a několik desítek mezinárodních spolupracovníků snažili položit základy pro obecný diagnostický nástroj pro identifikaci dechových podpisů mnoha chorob, včetně selhání ledvin, rakoviny plic, Crohnova choroba, MS, rakovina prostaty a vaječníků a další. Jejich pole nejprve vyhodnotí relativní hojnost každé sloučeniny v dechu člověka a poté porovná signatury nemoci se zdravými jedinci.
"Máme směs sloučenin, které charakterizují dané onemocnění, a tento obrázek se liší od jednoho onemocnění k druhému, " vysvětluje Haick. Pomocí analýzy hmotnostní spektrometrií skupina nejprve identifikovala signatury specifické sloučeniny pro 17 různých nemocí. Poté odebrali vzorky dechu více než 1400 lidí a pomocí senzorického pole uhlíkových nanotrubic a částic zlata zaregistrovali, které směsi sloučenin vydechují. Soubor počítačových algoritmů dešifroval, co jim data řekla o přítomnosti nebo nepřítomnosti každé nemoci.
To je, když přichází umělá inteligence. „Můžeme naučit systém, že by dechový tisk mohl být spojen s konkrétní nemocí, “ říká Haick, který vedl studii. "Funguje to stejným způsobem, jako bychom použili psy, abychom detekovali konkrétní sloučeniny." Přinášíme něco do nosu psa a pes převede tuto chemickou směs do elektrického podpisu a poskytne ji mozku, a pak si ji zapamatuje v určitých oblastech mozku ... To je přesně to, co děláme. Nechali jsme to cítit danou nemoc, ale místo nosu používáme chemické senzory a místo mozku používáme algoritmy. Pak v budoucnu dokáže rozpoznat nemoc, protože pes může rozpoznat vůni. “
Jonathan Beauchamp, environmentální fyzik z Fraunhoferova institutu pro procesní inženýrství a balení v Německu, uvedl, že tato technologie představuje slibný způsob, jak překonat hlavní překážku v analýze dechu. "Stejné VOC (těkavé organické sloučeniny) se často rozsvítí jako markery mnoha různých nemocí, " říká. "Ve společenství pro výzkum dechu je nyní všeobecně přijímáno, že jedinečné VOC pro konkrétní choroby pravděpodobně nebudou existovat."
Proto hledání koncentrací různých VOC ve vztahu k sobě navzájem, stejně jako Haick a jeho kolegové, může prokázat přesnější diagnostickou metodu, dodává. "Tyto výsledky ukazují vysokou přesnost při rozlišování jedné konkrétní nemoci proti jiné ... Současná studie jasně ukazuje sílu a příslib techniky nanočásticové soustavy zlata, " říká.
Do studie bylo zapojeno několik desítek vědců z 14 výzkumných institucí z pěti různých zemí. Jeho účastníci byli stejně různí: Průměrný věk byl 55; asi polovina byla mužská a polovina byla ženská; a asi jedna třetina byli aktivní kuřáci. Účastníci byli přijímáni do celého světa ve Spojených státech, Izraeli, Francii, Lotyšsku a Číně. „Velký počet předmětů v různých geografických oblastech je opravdu klíčovou silou této studie, “ říká Cristina Davis, biomedicínská inženýrka, která vede bioinstrikační laboratoř na University of California v Davisu.
"Větší klinické studie, jako je tato, pomohou posunout hranice dechové analýzy dopředu a měly by pomoci vést k slibným lékařským nástrojům pro klinickou praxi, " dodává Davis, který se studie nezúčastnil. "Vzali si nové znalosti o hmotnostní spektrometrii a spojili je s novým výstupem ze senzoru."
Haick doufá, že jeho rozsáhlé testování povede k rozsáhlému využití nanosystému. Říká, že vzhledem k tomu, že je cenově dostupný, neinvazivní a přenosný, mohl by být použit k rozsáhlé detekci nemocí. Skríningem i těch, kteří nemají žádné příznaky, by takový nástroj mohl umožnit typy včasných zásahů, které vedou k lepším výsledkům.
Ale tento „nos“ poháněný umělou inteligencí může mít také aplikace daleko za lékařskou diagnostikou. Několik společností ji již licencovalo pro jiné aplikace, říká Haick. Mezi mnoha potenciálními použitími poznamenává, že pole lze použít ke kontrole kvality detekcí znehodnocení potravin. Mohlo by být také použito pro bezpečnost na letištích detekcí chemických podpisů výbušných zařízení.
"Systém je vysoce citlivý a vy ho musíte jen trénovat na různé typy aplikací, " říká.
