hrozný dech se ti snaží něco říct—a ne jen, že je čas, aby bezva otevřít láhev Ústní voda. V rámci tohoto oblaku cibuli a stale tuňáka pachy jsou stovky chemických sloučenin, které kombinují v ústech vytvořit poměr jedinečný, jako otisky prstů. Na základě analýzy poměru, vědci mají přijít s výkonný nový způsob, jak zjistit, podpisy různých onemocnění, od rakoviny prostaty k léčbě Parkinsonovy.
Dnes v časopise Americké Chemické Společnosti Nano, vědci odhalit sensor array, který identifikuje a zachycuje unikátní „breathprint“ ze 17 různých onemocnění. Vědci doufají, že jejich pole, který používá umělou inteligenci, aby odpovídal různým úrovním a poměrům 13 klíčové chemické sloučeniny nalezené v lidském dechu na různé nemoci, připraví cestu pro všestranný lékařský diagnostický nástroj. Po odběru vzorků dechu více než 1400 lidí zjistili, že jejich technika je schopna rozlišovat mezi nemocemi s 86procentní přesností.
věda za vůní člověka je dech leží v apartmá organických chemických sloučenin, které jsme běžně vyhnat do vzduchu s každým smát, křičet, nebo povzdech. Tyto sloučeniny často označené příznaky biochemické změny způsobené konkrétní onemocnění—fenomén, který tvoří základ moderní dech diagnostiky. Problém je, že je tu spousta šumu v pozadí, který je třeba prosít: V oblaku vydechovaného dechu obvykle uvidíte stovky těchto sloučenin.
starověcí lékaři z roku 400 před naším letopočtem věděli, že existuje něco, co je třeba získat z čichání dechu nemocného. Známý řecký lékař Hippokrates mimo jiné přivoněl k dechu svých pacientů, aby zjistil, co je trápí. (Ještě horší je, že někteří lékaři cítili moč nebo stolici svých pacientů. Od té doby jsme se dostali o něco sofistikovanější; dechová analýza byla úspěšně použita k diagnostice cirhózy jater, cukrovky a kolorektálního karcinomu. Existuje dokonce i specializovaný časopis výzkumu dechu.
ale dříve se takové úsilí používalo hlavně k detekci jediné nemoci. V nové studii, Hossam Haick, nanotechnologie, expert na Technion—Israel Institute of Technology, a několik desítek mezinárodních spolupracovníků cílem bylo položit základy pro obecné diagnostický nástroj pro identifikaci dech podpisy mnoha onemocnění, včetně selhání ledvin, rakovina plic, rakovina, Crohnova nemoc, MS, prostaty a rakoviny vaječníků, a další. Jejich pole nejprve hodnotí relativní hojnost každé sloučeniny v dechu člověka a poté porovnává podpisy nemocí proti zdravým jedincům.
„máme směs sloučenin, které charakterizují dané onemocnění, a tento obraz se liší od jedné nemoci k druhé,“ vysvětluje Haick. Pomocí analýzy hmotnostní spektrometrie skupina nejprve identifikovala specifické podpisy sloučenin pro 17 různých onemocnění. Pak se vzorky dechu více než 1400 lidí, pomocí smyslové pole uhlíkových nanotrubic a částice zlata k registraci, která směs sloučenin, které vydechuje. Sada počítačových algoritmů dešifrovala, co jim data řekla o přítomnosti nebo nepřítomnosti každé nemoci.
tehdy přichází umělá inteligence. „Můžeme systém naučit, že dechový otisk může být spojen s určitou nemocí,“ říká Haick, který studii spolu vedl. „Funguje to stejným způsobem, jakým bychom použili psy k detekci specifických sloučenin. Přineseme něco do nosu psa a pes přenese tuto chemickou směs na elektrický podpis a poskytne ji mozku, a pak si ji zapamatuje ve specifických oblastech mozku … to je přesně to, co děláme. Necháme to cítit danou nemoc, ale místo nosu používáme chemické senzory a místo mozku používáme algoritmy. Pak v budoucnu může rozpoznat nemoc, protože pes může rozpoznat vůni.“
Jonathan Beauchamp, environmentální fyzika ve Fraunhofer-Institutu pro Procesní Inženýrství a Balení v Německu, řekl, že technologie představuje slibný způsob, jak překonat hlavní překážky v dech analýzy. „Stejné VOC (těkavé organické sloučeniny) se často rozsvítí jako markery pro mnoho různých nemocí,“ říká. „Ve skutečnosti je nyní v komunitě pro výzkum dechu široce přijímáno, že jedinečné VOC pro specifické nemoci pravděpodobně neexistují.“
proto hledání koncentrací různých VOC ve vztahu k sobě navzájem, jak to udělal Haick a jeho kolegové, může prokázat přesnější diagnostickou metodu, dodává. „Tyto výsledky prokazují vysokou přesnost při diskriminaci jedné konkrétní nemoci proti druhé … Současná studie jasně ukazuje sílu a příslib techniky pole nanočástic zlata,“ říká.
studie zahrnovala desítky vědců založených na 14 výzkumných institucích v pěti různých zemích. Jeho účastníci byli stejně různorodí: průměrný věk byl 55; asi polovina byli muži a polovina ženy; a asi jedna třetina byli aktivní kuřáci. Účastníci byli přijati po celém světě ve Spojených státech, Izraeli, Francii, Lotyšsku a Číně. „Velký počet subjektů v různých geografických oblastech je skutečně klíčovou silou této studie,“ říká Cristina Davis, biomedicínská inženýrka, která vede bioinstrumentační laboratoř na Kalifornské univerzitě v Davisu.
„Větší klinické studie, jako to pomůže posunout hranice analýzy dechu dopředu, a měla by pomoci vést k slibné lékařské nástroje pro klinickou praxi,“ dodává Davis, který nebyl zapojen do studie. „Vzali nové znalosti hmotnostní spektrometrie a spojili je s novým výstupem senzoru.“
Haick doufá, že rozsáhlé testování jeho týmu povede k rozsáhlému používání nanosystému. Říká, že protože je cenově dostupný, neinvazivní a přenosný, mohl by být použit k širokému screeningu onemocnění. Screeningem i těch, kteří nemají žádné příznaky, by takový nástroj mohl umožnit typy včasných intervencí, které vedou k lepším výsledkům.
ale tento AI-fueled „nos“ může mít také aplikace daleko za lékařskou diagnostiku. Několik společností ji již licencovalo pro jiné aplikace, říká Haick. Mezi mnoha potenciálními využití, on noes, že pole by mohlo být použito pro kontrolu kvality detekcí znehodnocení potravin. Mohl by být také použit pro bezpečnost na letištích detekcí chemických podpisů výbušných zařízení.
“ systém je vysoce citlivý a stačí ho trénovat na různé typy aplikací,“ říká.