a sua respiração terrível está a tentar dizer—lhe alguma coisa-e não apenas que está na hora de abrir uma garrafa de Listerina. Dentro dessa nuvem de cebola e cheiros de atum estão centenas de compostos químicos, que se combinam em sua boca para criar uma proporção tão única como uma impressão digital. Analisando essa relação, os pesquisadores vêm-se com uma nova e poderosa forma de detectar as assinaturas de várias doenças, câncer de próstata, para o mal de Parkinson.
Hoje na revista American Chemical Society Nano, os pesquisadores revelam um sensor de matriz que identifica e captura o único “breathprint”, de 17 de diferentes doenças. Os pesquisadores esperam que sua matriz, que usa inteligência artificial para igualar os diferentes níveis e proporções de 13 compostos químicos chave encontrados na respiração humana para diferentes doenças, irá abrir o caminho para uma ferramenta versátil de diagnóstico médico. Após a amostragem da respiração de mais de 1.400 pessoas, eles descobriram que sua técnica foi capaz de discriminar entre doenças com 86 por cento de precisão.
a ciência por trás do cheiro da respiração de uma pessoa está dentro do conjunto de compostos químicos orgânicos que normalmente expelimos para o ar com cada riso, grito ou suspiro. Estes compostos muitas vezes vêm marcados com os sinais de mudanças bioquímicas forjadas por doenças específicas—um fenômeno que forma a base do diagnóstico da respiração moderna. O problema é que há muito ruído de fundo para analisar.: Em uma nuvem de respiração exalada, você tipicamente verá centenas desses compostos.Os médicos antigos que datavam de 400 a. C. sabiam que havia algo a ser colhido por cheirar a respiração de uma pessoa doente. O famoso médico grego Hipócrates, entre outros, costumava cheirar o hálito dos seus pacientes para descobrir o que os afligia. (Ainda pior, alguns médicos cheiravam a urina ou fezes dos seus doentes.) Nós ficamos um pouco mais sofisticados desde então; a análise da respiração foi empregada com sucesso para diagnosticar cirrose do fígado, diabetes e câncer colorectal. Até há um diário dedicado à pesquisa da respiração.
mas anteriormente, tais esforços têm sido usados principalmente para detectar uma única doença. No novo estudo, Hossam Haick, um especialista em nanotecnologia no Technion—Israel Institute of Technology, e várias dezenas internacional de colaboradores, visando a estabelecer as bases para uma ferramenta de diagnóstico para identificar a respiração assinaturas de muitas doenças, incluindo insuficiência renal, câncer de pulmão, doença de Crohn, MS, próstata e câncer de ovário, e muito mais. Sua matriz primeiro avalia a abundância relativa de cada composto dentro da respiração de uma pessoa, e então compara assinaturas de doenças contra indivíduos saudáveis.”Temos uma mistura de compostos que caracterizam uma determinada doença, e esta imagem é diferente de uma doença para outra”, explica Haick. Usando a análise de espectrometria de massa, o Grupo primeiro identificou as assinaturas compostas específicas para 17 doenças diferentes. Eles então amostraram a respiração de mais de 1.400 pessoas, usando uma matriz sensorial de nanotubos de carbono e partículas de ouro para registrar qual mistura de compostos que eles exalaram. Um conjunto de algoritmos de computador decifrou o que os dados lhes diziam sobre a presença ou ausência de cada doença. É aí que entra a inteligência artificial. “Podemos ensinar ao sistema que uma impressão respiratória pode estar associada a uma doença em particular”, diz Haick, que co-liderou o estudo. “Funciona da mesma forma que usaríamos cães para detectar compostos específicos. Nós trazemos algo para o nariz de um cão, e o cão vai transferir essa mistura química para uma assinatura elétrica e fornecê-lo para o cérebro, e então memorizá-lo em regiões específicas do cérebro … isso é exatamente o que fazemos. Deixamos cheirar uma doença, mas em vez de um nariz usamos sensores químicos, e em vez do cérebro usamos algoritmos. Então, no futuro, ele pode reconhecer a doença como um cão pode reconhecer um perfume.”
Jonathan Beauchamp, um físico ambiental do Fraunhofer-Institute for Process Engineering and Packaging in Germany, disse que a tecnologia apresenta uma forma promissora de superar um grande obstáculo na análise da respiração. “Os mesmos VOCs (compostos orgânicos voláteis) muitas vezes iluminam-se como marcadores de muitas doenças diferentes”, diz ele. “Na verdade, é agora amplamente aceito na comunidade de pesquisa de respiração que VOCs únicos para doenças específicas são improváveis de existir.”
portanto, procurar concentrações de vários COV em relação um ao outro, como Haick e colegas fizeram, pode provar o método de diagnóstico mais preciso, acrescenta. “Estes resultados demonstram alta precisão na discriminação de uma doença específica contra outra … O estudo atual demonstra claramente o poder e a promessa da técnica de matriz de nanopartículas de ouro”, diz ele.
o estudo envolveu dezenas de estudiosos com base em 14 instituições de pesquisa em cinco países diferentes. Os seus participantes eram igualmente diversos: a Idade Média era de 55 anos; cerca de metade eram do sexo masculino e metade do sexo feminino; e cerca de um terço eram fumantes ativos. Os participantes foram recrutados em todo o mundo nos Estados Unidos, Israel, França, Letónia e China. “O grande número de matérias sobre diversas áreas geográficas é realmente uma força fundamental deste estudo”, diz Cristina Davis, uma engenheira biomédica que dirige o laboratório de bioinstrumentação da Universidade da Califórnia em Davis.
“ensaios clínicos maiores como este irão ajudar a empurrar os limites da análise da respiração para a frente, e devem ajudar a levar a ferramentas médicas promissoras para a prática clínica”, acrescenta Davis, que não estava envolvido no estudo. “Eles pegaram novos conhecimentos de espectrometria de massa e uniram-no à sua nova saída de sensores.”
Haick espera que os testes generalizados de sua equipe levem ao uso generalizado do nanossistema. Ele diz que por ser acessível, não-invasivo e portátil, pode ser usado para rastrear doenças. Ao examinar mesmo aqueles sem sintomas, tal ferramenta poderia permitir os tipos de intervenções precoces que levam a melhores resultados.
mas este “nariz” alimentado por AI também pode ter aplicações muito além do diagnóstico médico. Várias empresas já o licenciaram para outras aplicações, diz Haick. Entre os muitos usos potenciais, ele diz que o array pode ser usado para controle de qualidade, detectando a deterioração dos alimentos. Poderia também ser utilizado para a segurança nos aeroportos, detectando as assinaturas químicas de engenhos explosivos.
“o sistema é altamente sensível, e você só precisa treiná-lo para diferentes tipos de aplicações”, diz ele.