ditt forferdelige pust prøver å fortelle Deg noe—og Ikke bare at Det er på tide å knekke åpne en flaske Listerine. Innenfor den skyen av løk og foreldet tunfisk lukt er hundrevis av kjemiske forbindelser, som kombinerer i munnen din for å skape et forhold så unikt som et fingeravtrykk. Ved å analysere dette forholdet, har forskere kommet opp med en kraftig ny måte å oppdage signaturer av ulike sykdommer, fra prostatakreft Til Parkinsons.
I dag i tidsskriftet American Chemical Society Nano, forskere avsløre en sensor array som identifiserer og fanger den unike «breathprint» av 17 forskjellige sykdommer. Forskerne håper at deres array, som bruker kunstig intelligens for å matche de varierende nivåene og forholdene til 13 viktige kjemiske forbindelser som finnes i menneskelig pust til forskjellige sykdommer, vil bane vei for et allsidig medisinsk diagnostisk verktøy. Etter å ha tatt pusten av mer enn 1400 personer, fant de at deres teknikk var i stand til å diskriminere blant sykdommer med 86 prosent nøyaktighet.
vitenskapen bak duften av en persons pust ligger i pakken med organiske kjemiske forbindelser som vi rutinemessig utviser i luften med hver latter, skrik eller sukk. Disse forbindelsene kommer ofte merket med tegn på biokjemiske endringer utført av spesifikke sykdommer-et fenomen som danner grunnlaget for moderne pustediagnostikk. Problemet er, det er mye bakgrunnsstøy å sile gjennom: I en sky av utåndet pust, vil du vanligvis se hundrevis av disse forbindelsene.
Gamle leger dateres tilbake til 400 F. KR. visste at det var noe å hente fra å snuse en syk persons pust. Den berømte greske legen Hippokrates, blant andre, pleide å lukte pasientens pust for å finne ut hva som skjedde dem. (Enda verre, noen leger pleide å lukte pasientens urin eller avføring.) Vi har blitt litt mer sofistikert siden da; pusteanalyse har blitt vellykket ansatt for å diagnostisere levercirrhose, diabetes og kolorektal kreft. Det er enda en dedikert Journal Of Breath Research.
men tidligere har slike tiltak hovedsakelig blitt brukt til å oppdage en enkelt sykdom. I den nye studien, Hossam Haick, en nanotech ekspert Ved Technion—Israel Institute Of Technology, og flere dusin internasjonale samarbeidspartnere som mål å legge grunnlaget for en generell diagnostisk verktøy for å identifisere pust signaturer av mange sykdommer, inkludert nyresvikt, lungekreft, Crohns sykdom, MS, prostata og eggstokkreft, og mer. Deres utvalg vurderer først hver forbindelses relative overflod i en persons pust, og sammenligner deretter sykdomssignaturer mot friske individer.
» Vi har en blanding av forbindelser som karakteriserer en gitt sykdom, og dette bildet er forskjellig fra en sykdom til en annen,» forklarer Haick. Ved hjelp av massespektrometri analyse identifiserte gruppen først de spesifikke sammensatte signaturene for 17 forskjellige sykdommer. De samplet deretter pusten til mer enn 1400 mennesker, ved hjelp av et sensorisk utvalg av karbonnanorør og gullpartikler for å registrere hvilken blanding av forbindelser de utåndet. En pakke med datalgoritmer dechifrerte hva dataene fortalte dem om tilstedeværelsen eller fraværet av hver sykdom.
det er da den kunstige intelligensen kommer inn. «Vi kan lære systemet at et pustetrykk kan være forbundet med en bestemt sykdom,» sier Haick, som ledet studien. «Det fungerer på samme måte som vi bruker hunder for å oppdage bestemte forbindelser. Vi bringer noe til nesen av en hund, og hunden vil overføre den kjemiske blandingen til en elektrisk signatur og gi den til hjernen, og deretter huske den i bestemte områder av hjernen … dette er akkurat hva vi gjør. Vi lar det lukte en gitt sykdom, men i stedet for en nese bruker vi kjemiske sensorer, og i stedet for hjernen bruker vi algoritmene. Så i fremtiden kan det gjenkjenne sykdommen som en hund kan gjenkjenne en duft.»
Jonathan Beauchamp, en miljøfysiker ved Fraunhofer-Institutt for Prosessteknikk og Emballasje I Tyskland, sa at teknologien presenterer en lovende måte å overgå et stort hinder i pusteanalyse. «De samme Voc-ene (flyktige organiske forbindelser) lyser ofte opp som markører for mange forskjellige sykdommer,» sier han. «Faktisk er det nå allment akseptert innen breath research community at unike Voc for spesifikke sykdommer er usannsynlig å eksistere.»
derfor søker etter konsentrasjoner av Ulike Voc i forhold til hverandre, Som Haick og kolleger gjorde, kan vise seg mer nøyaktig diagnostisk metode, legger han til. «Disse resultatene viser høy nøyaktighet ved å diskriminere en bestemt sykdom mot en annen … Den nåværende studien viser tydelig kraften og løftet om gull nanopartikkel array teknikk, » sier han.
studien involverte dusinvis av forskere basert på 14 forskningsinstitusjoner over fem forskjellige land. Deltakerne var like forskjellige: gjennomsnittsalderen var 55; omtrent halvparten var menn og halvparten var kvinner; og omtrent en tredjedel var aktive røykere. Deltakerne ble rekruttert rundt om i verden I Usa, Israel, Frankrike, Latvia og Kina. «Det store antallet fag over varierte geografiske områder er virkelig en viktig styrke i denne studien,» sier Cristina Davis, en biomedisinsk ingeniør som leder bioinstrumentation lab ved University Of California I Davis.
» Større kliniske studier som dette vil bidra til å presse grensene for pusteanalyse fremover, og bør bidra til å føre til lovende medisinske verktøy for klinisk praksis,» legger Davis, som ikke var involvert i studien. «De har tatt ny massespektrometri kunnskap og koblet den til deres nye sensorutgang.»
Haick håper at lagets utbredt testing vil føre til utbredt bruk av nanosystemet. Han sier at fordi det er rimelig, ikke-invasiv og bærbar, kan den brukes til å skjerme mye for sykdom. Ved å screene selv de uten symptomer, kan et slikt verktøy muliggjøre hvilke typer tidlige tiltak som fører til bedre resultater.
men DENNE AI-drevne «nesen» kan også ha applikasjoner langt utover medisinsk diagnostikk. Flere selskaper har allerede lisensiert det for andre applikasjoner, sier Haick. Blant de mange potensielle bruksområder, han noes at matrisen kan brukes for kvalitetskontroll ved å oppdage mat svinn. Det kan også brukes til sikkerhet på flyplasser, ved å oppdage kjemiske signaturer av eksplosive enheter.
» systemet er svært følsomt, og du trenger bare å trene det til forskjellige typer applikasjoner,» sier han.