Votre terrible souffle essaie de vous dire quelque chose – et pas seulement qu’il est temps d’ouvrir une bouteille de Listérine. Dans ce nuage d’odeurs d’oignon et de thon rassis se trouvent des centaines de composés chimiques qui se combinent dans votre bouche pour créer un rapport aussi unique qu’une empreinte digitale. En analysant ce ratio, les chercheurs ont mis au point un nouveau moyen puissant de détecter les signatures de diverses maladies, du cancer de la prostate à la maladie de Parkinson.
Aujourd’hui, dans la revue American Chemical Society Nano, les chercheurs dévoilent un réseau de capteurs qui identifie et capture l ‘ »empreinte respiratoire » unique de 17 maladies différentes. Les chercheurs espèrent que leur gamme, qui utilise l’intelligence artificielle pour faire correspondre les différents niveaux et rapports de 13 composés chimiques clés trouvés dans l’haleine humaine à différentes maladies, ouvrira la voie à un outil de diagnostic médical polyvalent. Après avoir échantillonné le souffle de plus de 1 400 personnes, ils ont constaté que leur technique était capable de discriminer les maladies avec une précision de 86%.
La science derrière l’odeur du souffle d’une personne réside dans l’ensemble des composés chimiques organiques que nous expulsons régulièrement dans l’air à chaque rire, cri ou soupir. Ces composés sont souvent marqués par les signes de changements biochimiques causés par des maladies spécifiques — un phénomène qui constitue la base du diagnostic respiratoire moderne. Le problème est qu’il y a beaucoup de bruit de fond à passer au crible: Dans un nuage de souffle expiré, vous verrez généralement des centaines de ces composés.
Les anciens médecins datant de 400 av.J.-C. savaient qu’il y avait quelque chose à glaner en reniflant l’haleine d’un malade. Le célèbre médecin grec Hippocrate, entre autres, avait l’habitude de sentir le souffle de ses patients pour savoir ce qui les ennuyait. (Pire encore, certains médecins avaient l’habitude de sentir l’urine ou les selles de leurs patients.) Nous sommes devenus un peu plus sophistiqués depuis; l’analyse respiratoire a été utilisée avec succès pour diagnostiquer la cirrhose du foie, le diabète et le cancer colorectal. Il y a même un journal dédié à la recherche sur le souffle.
Mais auparavant, de tels efforts ont principalement été utilisés pour détecter une seule maladie. Dans cette nouvelle étude, Hossam Haick, expert en nanotechnologie à l’Institut de technologie Technion—Israël, et plusieurs dizaines de collaborateurs internationaux ont cherché à jeter les bases d’un outil de diagnostic général permettant d’identifier les signatures respiratoires de nombreuses maladies, notamment l’insuffisance rénale, le cancer du poumon, la maladie de Crohn, la SEP, le cancer de la prostate et de l’ovaire, etc. Leur tableau évalue d’abord l’abondance relative de chaque composé dans le souffle d’une personne, puis compare les signatures de la maladie à celles d’individus en bonne santé.
« Nous avons un mélange de composés qui caractérisent une maladie donnée, et cette image est différente d’une maladie à l’autre », explique Haick. À l’aide d’une analyse par spectrométrie de masse, le groupe a d’abord identifié les signatures de composés spécifiques pour 17 maladies différentes. Ils ont ensuite échantillonné le souffle de plus de 1 400 personnes, en utilisant un réseau sensoriel de nanotubes de carbone et de particules d’or pour enregistrer le mélange de composés qu’ils ont expiré. Une suite d’algorithmes informatiques a déchiffré ce que les données leur indiquaient de la présence ou de l’absence de chaque maladie.
C’est alors que l’intelligence artificielle entre en jeu. « Nous pouvons enseigner au système qu’une empreinte respiratoire peut être associée à une maladie particulière », explique Haick, qui a codirigé l’étude. « Cela fonctionne de la même manière que nous utiliserions des chiens afin de détecter des composés spécifiques. Nous apportons quelque chose au nez d’un chien, et le chien transférera ce mélange chimique à une signature électrique et le transmettra au cerveau, puis le mémorisera dans des régions spécifiques du cerveau is C’est exactement ce que nous faisons. Nous le laissons sentir une maladie donnée, mais au lieu d’un nez, nous utilisons des capteurs chimiques, et au lieu du cerveau, nous utilisons les algorithmes. Ensuite, à l’avenir, il peut reconnaître la maladie comme un chien pourrait reconnaître un parfum. »
Jonathan Beauchamp, physicien de l’environnement au Fraunhofer -Institute for Process Engineering and Packaging en Allemagne, a déclaré que cette technologie présentait un moyen prometteur de dépasser un obstacle majeur dans l’analyse de l’haleine. « Les mêmes COV (composés organiques volatils) s’allument souvent comme marqueurs de nombreuses maladies différentes », dit-il. « En effet, il est maintenant largement admis au sein de la communauté de la recherche sur l’haleine qu’il est peu probable que des COV uniques pour des maladies spécifiques existent. »
Par conséquent, la recherche de concentrations de divers COV les uns par rapport aux autres, comme l’ont fait Haick et ses collègues, peut s’avérer la méthode de diagnostic la plus précise, ajoute-t-il. « Ces résultats démontrent une grande précision dans la discrimination d’une maladie spécifique par rapport à une autre… L’étude actuelle démontre clairement la puissance et les promesses de la technique de réseau de nanoparticules d’or « , dit-il.
L’étude a impliqué des dizaines de chercheurs basés dans 14 institutions de recherche dans cinq pays différents. Ses participants étaient tout aussi divers: l’âge moyen était de 55 ans; environ la moitié étaient des hommes et la moitié des femmes; et environ un tiers étaient des fumeurs actifs. Les participants ont été recrutés dans le monde entier aux États-Unis, en Israël, en France, en Lettonie et en Chine. « Le grand nombre de sujets sur des zones géographiques variées est vraiment une force clé de cette étude », explique Cristina Davis, ingénieure biomédicale qui dirige le laboratoire de bioinstrumentation de l’Université de Californie à Davis.
« Des essais cliniques plus importants comme celui-ci aideront à repousser les limites de l’analyse respiratoire et devraient contribuer à la création d’outils médicaux prometteurs pour la pratique clinique », ajoute Davis, qui n’a pas participé à l’étude. « Ils ont pris de nouvelles connaissances en spectrométrie de masse et les ont couplées à leur nouvelle sortie de capteur. »
Haick espère que les tests généralisés de son équipe conduiront à une utilisation généralisée du nanosystème. Il dit que parce qu’il est abordable, non invasif et portable, il pourrait être utilisé pour dépister largement les maladies. En dépistant même ceux qui n’ont pas de symptômes, un tel outil pourrait permettre les types d’interventions précoces qui mènent à de meilleurs résultats.
Mais ce « nez » alimenté par l’IA pourrait également avoir des applications bien au-delà du diagnostic médical. Plusieurs entreprises l’ont déjà autorisé pour d’autres applications, explique Haick. Parmi les nombreuses utilisations potentielles, il pense que le réseau pourrait être utilisé pour le contrôle de la qualité en détectant la détérioration des aliments. Il pourrait également être utilisé pour la sécurité dans les aéroports, en détectant les signatures chimiques des engins explosifs.
» Le système est très sensible et il suffit de le former à différents types d’applications « , explique-t-il.