Vaš grozan dah pokušava vam nešto reći - a ne samo da je vrijeme da otvorite bocu Listerine. Unutar tog oblaka luka i ustajale ribe tune nalaze se stotine kemijskih spojeva, koji se kombiniraju u ustima kako bi se stvorio omjer jedinstven kao otisak prsta. Analizirajući taj omjer, istraživači su osmislili nov snažan način otkrivanja potpisa različitih bolesti, od raka prostate do Parkinsonove bolesti.
Povezani sadržaj
- Povijest i znanost iza vašeg strašnog daha
- Kako je halitoza postala "lijek" s medicinskim stanjem
Danas su u časopisu American Chemical Society Nano, istraživači otkrili niz osjetnika koji identificiraju i bilježe jedinstveni „otisak zraka“ 17 različitih bolesti. Istraživači se nadaju da će njihova lepeza, koja koristi umjetnu inteligenciju kako bi uspoređivala različite razine i omjere 13 ključnih kemijskih spojeva pronađenih u ljudskom dahu prema različitim bolestima, otvoriti put za svestran medicinski dijagnostički alat. Nakon uzorkovanja daha više od 1400 ljudi otkrili su da njihova tehnika može prepoznati bolesti s 86 posto točnosti.
Znanost koja stoji iza mirisa daha neke osobe leži u svezi organskih kemijskih spojeva koje rutinski izbacimo u zrak sa svakim smijehom, vikanjem ili uzdahom. Ti spojevi često su obilježeni znakovima biokemijskih promjena uzrokovanih specifičnim bolestima - pojavom koja je osnova moderne dijagnoze daha. Problem je što se prosijava puno pozadinske buke: U oblaku izdaha, obično ćete vidjeti stotine ovih spojeva.
Drevni liječnici koji potječu od 400. godine prije Krista znali su da se nešto mora prikupiti od njuškanja daha bolesnoj osobi. Slavni grčki liječnik Hipokrat, između ostalih, koristio je miris daha svojih pacijenata kako bi otkrio što ih muči. (Još gore, neki liječnici su namirisali mokraću ili stolicu svojih pacijenata.) Od tada smo postali malo sofisticiraniji; analiza daha uspješno se koristi za dijagnosticiranje ciroze jetre, dijabetesa i kolorektalnog karcinoma. Postoji čak i posvećeni časopis za istraživanje disanja .
Ali ranije su se takvi napori uglavnom koristili za otkrivanje pojedinačne bolesti. U novoj studiji Hossam Haick, stručnjak za nanotehnologiju na Tehnion-Izraelskom institutu za tehnologiju i nekoliko desetaka međunarodnih suradnika nastojali su postaviti temelje za opće dijagnostičko sredstvo za prepoznavanje potpisa daha mnogih bolesti, uključujući zatajenje bubrega, rak pluća, Crohnova bolest, MS, rak prostate i jajnika, i još mnogo toga. Njihov niz prvo procjenjuje relativni broj svakog spoja unutar daha osobe, a zatim uspoređuje potpise bolesti sa zdravim pojedincima.
"Imamo mješavinu spojeva koji karakteriziraju određenu bolest, a ta se slika razlikuje od jedne do druge bolesti", objašnjava Haick. Koristeći analizu masene spektrometrije, skupina je najprije identificirala specifične spojeve potpisa za 17 različitih bolesti. Zatim su uzorkovali dah više od 1.400 ljudi pomoću senzornog niza ugljikovih nanocjevčica i zlatnih čestica da bi registrirali koji spoj spojeva su izdahnuli. Skup računalnih algoritama dešifrirao je ono što su im podaci rekli o prisutnosti ili odsutnosti svake bolesti.
Tada dolazi do umjetne inteligencije. "Sustav možemo naučiti da otisak zraka može biti povezan s određenom bolešću", kaže Haick, koji je vodio studiju. "Djeluje na isti način kao mi psi pomoću kojih otkrijemo određene spojeve. Donosimo nešto psu na nos, a pas će kemijsku smjesu prenijeti u električni potpis i dostaviti je mozgu, a zatim ga upamtiti u određenim dijelovima mozga ... Upravo to radimo. Ostavljamo da miriše na određenu bolest, ali umjesto nosa koristimo kemijske senzore, a umjesto mozga koristimo algoritme. Tada u budućnosti može prepoznati bolest kao što pas može prepoznati miris. "
Jonathan Beauchamp, fizičar zaštite okoliša iz Njemačkog instituta Fraunhofer za procesno inženjerstvo i pakiranje, rekao je da tehnologija predstavlja obećavajući način da se nadmaši velika prepreka u analizi daha. "Isti HOS-i (isparljivi organski spojevi) često se svijetle kao markeri za mnoge različite bolesti", kaže on. "Zaista je već široko prihvaćeno u zajednici istraživanja daha da jedinstvene HOS-ove za određene bolesti vjerojatno neće postojati."
Stoga, potraga za koncentracijama različitih HOS-a međusobno, kao što su to učinili Haick i njegovi kolege, može dokazati točniju dijagnostičku metodu, dodaje. "Ovi rezultati pokazuju visoku točnost u razlikovanju jedne određene bolesti prema drugoj ... Trenutna studija jasno pokazuje snagu i obećanje tehnike zlatnog nanočestica", kaže on.
U istraživanju je sudjelovalo desetak znanstvenika sa sjedištem u 14 istraživačkih institucija u pet različitih zemalja. Učesnici su joj bili podjednako raznoliki: prosječna dob bila je 55 godina; otprilike polovina su bili muškarci, a polovina žene; a otprilike jedna trećina su bili aktivni pušači. Sudionici su regrutovani širom svijeta u Sjedinjenim Državama, Izraelu, Francuskoj, Latviji i Kini. "Veliki broj ispitanika na različitim geografskim područjima zaista je ključna snaga ovog istraživanja", kaže Cristina Davis, biomedicinska inženjerka koja vodi laboratorij za bioinstrumentaciju na Kalifornijskom sveučilištu u Davisu.
"Veća klinička ispitivanja poput ove pomoći će pomaknuti granice analize daha naprijed i trebala bi dovesti do obećavajućih medicinskih alata za kliničku praksu", dodaje Davis, koji nije bio uključen u studiju. "Oni su preuzeli nova znanja o spektrometriji masa i povezali ih sa svojim novim senzorskim izlazom."
Haick se nada da će opsežno testiranje njegovog tima dovesti do široke uporabe nanosustava. Kaže da bi ga, s obzirom da je pristupačan, neinvazivan i prenosiv, moglo široko koristiti za probir bolesti. Pregledom čak i onih bez simptoma takav bi alat mogao omogućiti vrste ranih intervencija koje vode boljim rezultatima.
Ali ovaj "nos" s AI-om također može imati aplikacije daleko izvan medicinske dijagnostike. Nekoliko tvrtki to je već licenciralo za druge aplikacije, kaže Haick. Među mnogim potencijalnim uporabama ističe da bi se niz mogao upotrijebiti za kontrolu kvalitete otkrivanjem kvarenja hrane. Mogla bi se koristiti i za sigurnost u zračnim lukama, otkrivanjem kemijskih potpisa eksplozivnih naprava.
"Sustav je vrlo osjetljiv i jednostavno ga morate osposobiti za različite vrste aplikacija", kaže on.
