a szörnyű lélegzeted megpróbál mondani valamit-és nem csak, hogy itt az ideje, hogy kinyitjon egy üveg Listerint. A hagyma és az elavult tonhalszagok felhőjében több száz kémiai vegyület található, amelyek a szájban egyesítve olyan egyedi arányt hoznak létre, mint az ujjlenyomat. Ennek az aránynak az elemzésével a kutatók hatékony új módszert találtak a különböző betegségek aláírásának kimutatására, a prosztataráktól a Parkinson-kórig.
ma az American Chemical Society Nano folyóiratban a kutatók olyan szenzorrendszert mutatnak be, amely azonosítja és rögzíti a 17 különböző betegség egyedi “lélegzetnyomát”. A kutatók remélik, hogy a mesterséges intelligenciát használó tömbjük, amely az emberi légzésben található 13 kulcsfontosságú kémiai vegyület különböző szintjeit és arányait illeszti a különböző betegségekhez, előkészíti az utat egy sokoldalú orvosi diagnosztikai eszköz számára. Több mint 1400 ember lélegzetvételét követően megállapították, hogy technikájuk 86 százalékos pontossággal képes megkülönböztetni a betegségeket.
az ember lélegzetének illata mögött álló tudomány a szerves kémiai vegyületek halmazában rejlik, amelyeket rutinszerűen minden nevetéssel, kiabálással vagy sóhajtással a levegőbe dobunk. Ezeket a vegyületeket gyakran specifikus betegségek által előidézett biokémiai változások jelei jelzik-ez a jelenség képezi a modern légzésdiagnosztika alapját. Az a baj, van egy csomó háttérzaj szitál át: A kilélegzett levegő felhőjében általában több száz ilyen vegyületet láthat.
az ókori orvosok, akik kr.E. 400-ból származnak, tudták, hogy van valami, amit ki lehet szedni egy beteg ember leheletének szimatolásából. A híres görög orvos, Hippokratész, többek között, szokta szagolni a betegek leheletét, hogy megtudja, mi bántotta őket. (Még ennél is rosszabb, hogy egyes orvosok a betegek vizeletét vagy székletét szagolták.) Azóta kissé kifinomultabbá váltunk; a légzésanalízist sikeresen alkalmazták a májcirrózis, a cukorbetegség és a vastagbélrák diagnosztizálására. Van még egy dedikált folyóirat a lélegzet kutatásáról.
de korábban ezeket az erőfeszítéseket elsősorban egyetlen betegség kimutatására használták. Az új tanulmányban Hossam Haick, a Technion—Israel Institute of Technology nanotechnológiai szakértője és több tucat nemzetközi munkatárs célja egy általános diagnosztikai eszköz megalapozása számos betegség, köztük veseelégtelenség, tüdőrák, Crohn-betegség, MS, prosztata és petefészekrák stb. Tömbjük először felméri az egyes vegyületek relatív bőségét az ember lélegzetében, majd összehasonlítja a betegség aláírásait az egészséges egyénekkel.
“olyan vegyületek keveréke van, amelyek egy adott betegséget jellemeznek, és ez a kép betegségenként különbözik” – magyarázza Haick. Tömegspektrometriás elemzéssel a csoport először azonosította a specifikus összetett aláírásokat 17 különböző betegség. Ezután több mint 1400 ember lélegzetéből vettek mintát, szén nanocsövek és arany részecskék szenzoros tömbjét használva, hogy regisztrálják a kilégzett vegyületek keverékét. A számítógépes algoritmusok egy csoportja megfejtette, hogy az adatok mit mondtak nekik az egyes betegségek jelenlétéről vagy hiányáról.
ekkor jön be a mesterséges intelligencia. “Megtaníthatjuk a rendszert arra, hogy a leheletlenyomat egy adott betegséggel társítható”-mondja Haick, aki a tanulmány társvezetője volt. “Ugyanúgy működik, mint a kutyák, hogy bizonyos vegyületeket észleljünk. Hozzunk valamit a kutya orrához, és a kutya átviszi ezt a kémiai keveréket egy elektromos aláírásra, és átadja az agynak, majd megjegyzi az agy bizonyos régióiban … pontosan ezt csináljuk. Hagyjuk, hogy egy adott betegséget szagoljon, de orr helyett kémiai érzékelőket használunk, az agy helyett pedig az algoritmusokat. Aztán a jövőben felismerheti a betegséget, mivel a kutya felismerheti az illatot.”
Jonathan Beauchamp, a németországi Fraunhofer-Institute for Process Engineering and Packaging környezetfizikusa azt mondta, hogy a technológia ígéretes módja annak, hogy túlszárnyaljon egy nagy akadályt a légzéselemzésben. “Ugyanazok a VOC-k (illékony szerves vegyületek) gyakran felgyulladnak, mint markerek sok különböző betegség számára” – mondja. “Valójában ma már széles körben elfogadott a légzéskutató közösségben, hogy valószínűtlen, hogy léteznek egyedi VOC-k bizonyos betegségekre.”
ezért a különböző VOC-k egymáshoz viszonyított koncentrációjának keresése, amint azt Haick és kollégái tették, a pontosabb diagnosztikai módszert bizonyíthatja. “Ezek az eredmények nagy pontosságot mutatnak az egyik adott betegség megkülönböztetésében a másikkal szemben … A jelenlegi tanulmány egyértelműen bizonyítja az arany Nanorészecske-tömb technika erejét és ígéretét” – mondja.
a tanulmányban több tucat tudós vett részt, akik öt különböző ország 14 Kutatóintézetében működtek. Résztvevői ugyanolyan változatosak voltak: az átlagéletkor 55 év volt; körülbelül fele férfi, fele nő volt; és körülbelül egyharmada aktív dohányos volt. A résztvevőket világszerte toborozták az Egyesült Államokban, Izraelben, Franciaországban, Lettországban és Kínában. “A változatos földrajzi területeken nagyszámú tantárgy valóban kulcsfontosságú erőssége ennek a tanulmánynak” – mondja Cristina Davis, orvosbiológiai mérnök, aki a Davis-i Kaliforniai Egyetem bioinstrumentációs laboratóriumát vezeti.
“az ilyen nagyobb klinikai vizsgálatok elősegítik a légzéselemzés határait, és segítenek ígéretes orvosi eszközökhöz vezetni a klinikai gyakorlatban” – tette hozzá Davis, aki nem vett részt a tanulmányban. “Új tömegspektrometriai ismereteket szereztek, és összekapcsolták az új szenzor kimenetükkel.”
Haick reméli, hogy csapata széles körű tesztelése a nanorendszer széles körű használatához vezet. Azt mondja, hogy mivel megfizethető, nem invazív és hordozható, felhasználható a betegségek széles körű szűrésére. A tünetek nélküli szűréssel egy ilyen eszköz lehetővé teheti a korai beavatkozások típusait, amelyek jobb eredményekhez vezetnek.
de ennek az AI-üzemű “orrnak” az orvosi diagnosztikán messze túlmutató alkalmazásai is lehetnek. Számos vállalat már engedélyezte más alkalmazásokhoz-mondja Haick. A sok lehetséges felhasználás közül azt állítja, hogy a tömb felhasználható minőségellenőrzésre az élelmiszer-romlás észlelésével. A repülőterek biztonságára is felhasználható, a robbanóeszközök kémiai jeleinek észlelésével.
“a rendszer nagyon érzékeny, és csak különböző típusú alkalmazásokra kell kiképezni” – mondja.