Teie kohutav hingeõhk üritab teile midagi öelda - ja mitte ainult seda, et on aeg listeriini pudel lahti lüüa. Selles sibula- ja liisunud tuunikala pilves on sadu keemilisi ühendeid, mis ühendavad su suus nii unikaalse suhte kui sõrmejälg. Seda suhet analüüsides leidsid teadlased uue võimsa viisi erinevate haiguste signaalide tuvastamiseks, alates eesnäärmevähist kuni Parkinsoni tõvest.
Seotud sisu
- Teie hirmsa hingamise taga olev ajalugu ja teadus
- Kuidas halitoosist sai raviviisi meditsiiniline seisund
Täna tutvustasid teadlased ajakirjas American Chemical Society Nano andurite massiivi, mis tuvastab ja hõivab 17 erineva haiguse ainulaadset hingeõhku. Teadlased loodavad, et nende massiiv, mis kasutab tehisintellekti, et sobitada inimese hingeõhus leiduva 13 peamise keemilise ühendi erinevat taset ja suhet erinevate haiguste vahel, sillutab teed mitmekülgse meditsiinilise diagnostika tööriista loomiseks. Pärast enam kui 1400 inimese hingetõmbeproovide võtmist leidsid nad, et nende tehnika suutis eristada haigusi 86-protsendise täpsusega.
Inimese hingeõhna taga olev teadus asub orgaaniliste keemiliste ühendite komplektis, mida me tavaliselt naerame, karjume või ohkame õhku. Need ühendid on sageli tähistatud konkreetsete haiguste põhjustatud biokeemiliste muutuste tunnustega - nähtus, mis moodustab tänapäevase hingediagnostika aluse. Probleem on selles, et läbi tuleb palju taustamüra: Väljahingatava õhupilves näete neid ühendeid tavaliselt sadu.
Muistsed arstid, kes pärinevad aastast 400 eKr, teadsid, et haige inimese hinge nuusutamisest võiks midagi lahti saada. Kreeka kuulus arst Hippocrates lõhnas oma patsientide hingeõhku, et teada saada, mis neid vaevab. (Veelgi hullem, mõned arstid lõhnasid oma patsientide uriini või väljaheidet.) Oleme sellest ajast alates muutunud pisut keerukamaks; hingamisteede analüüsi on edukalt kasutatud maksa tsirroosi, diabeedi ja kolorektaalse vähi diagnoosimiseks. Seal on isegi spetsiaalne Journal of Breath Research .
Kuid varem on selliseid jõupingutusi kasutatud peamiselt ühe haiguse tuvastamiseks. Uues uuringus püüdsid Iisraeli tehnoloogiainstituudi Technioni nanotehnoloogiaekspert Hossam Haick ja mitukümmend rahvusvahelist kaastöötajat panna aluse üldisele diagnostikavahendile paljude haiguste, sealhulgas neerupuudulikkuse, kopsuvähi, hingamisteede signaalide tuvastamiseks. Crohni tõbi, MS, eesnäärme- ja munasarjavähk ning palju muud. Nende maatriks hindab kõigepealt iga ühendi suhtelist arvukust inimese hingeelus ja võrdleb seejärel haigusnähte tervete inimestega.
"Meil on segu ühenditest, mis iseloomustavad antud haigust, ja see pilt on haigustel erinev, " selgitab Haick. Kasutades massispektromeetrilist analüüsi, tuvastas rühm kõigepealt ühendi spetsiifilised signatuurid 17 erineva haiguse jaoks. Seejärel proovisid nad enam kui 1400 inimese hingeõhku, kasutades sensoorset süsiniknanotorude ja kuldosakeste massiivi, et registreerida, millist segu ühenditest nad välja hingavad. Arvuti algoritmide komplekt dešifreeris seda, mida andmed neile iga haiguse esinemise või puudumise kohta rääkisid.
Siis tuleb tehisintellekt sisse. "Me võime süsteemile õpetada, et hingeõhku võib seostada konkreetse haigusega, " ütleb uuringut juhtinud Haick. „See toimib samamoodi, nagu kasutaksime koeri konkreetsete ühendite tuvastamiseks. Toome koera ninale midagi ja koer kannab selle keemilise segu elektrilise signatuuriga üle ja annab ajule ning jätab selle siis aju konkreetsetes piirkondades meelde. See on täpselt see, mida me teeme. Lasime sellel haigusel haista, kuid nina asemel kasutame keemilisi andureid ja aju asemel algoritme. Siis saab ta haiguse ära tunda, kuna koer võib lõhna ära tunda. ”
Saksamaa Fraunhoferi instituudi Protsessitehnika ja Pakendamise Instituudi keskkonnafüüsik Jonathan Beauchamp ütles, et see tehnoloogia on paljutõotav viis ületada olulist takistust hingamise analüüsimisel. "Samad lenduvad orgaanilised ühendid (lenduvad orgaanilised ühendid) süttivad sageli kui markerid paljudele erinevatele haigustele, " ütleb ta. "Tõepoolest, praegu on hingetõmbeühenduses laialdaselt aktsepteeritud, et konkreetsete haiguste ainulaadseid lenduvaid orgaanilisi ühendeid tõenäoliselt ei eksisteeri."
Seetõttu lisab ta, et erinevate lenduvate orgaaniliste ühendite kontsentratsioonide otsimine üksteise suhtes, nagu tegid Haick ja tema kolleegid, on täpsem diagnostiline meetod, lisab ta. "Need tulemused näitavad suurt täpsust ühe konkreetse haiguse eristamisel teisega ... Käesolev uuring näitab selgelt kulla nanoosakeste maatriksitehnika võimsust ja lubadusi, " ütleb ta.
Uuringus osales kümneid teadlasi viies erinevas riigis 14 teadusasutuses. Selle osalejad olid võrdselt mitmekesised: keskmine vanus oli 55; umbes pooled olid mehed ja pooled naised; ja umbes kolmandik olid aktiivsed suitsetajad. Osalejaid värvati kogu maailmas Ameerika Ühendriikides, Iisraelis, Prantsusmaal, Lätis ja Hiinas. "Uuritavate suur arv erinevates geograafilistes piirkondades on selle uuringu põhiline tugevus, " ütleb Cristina Davis, biomeditsiiniinsener, kes juhib California ülikooli Davise bioinstrumenteerimislaborit.
"Sellised suuremad kliinilised uuringud aitavad hingeõhu analüüsi piire edasi viia ja peaksid aitama viia kliiniliseks praktikaks paljutõotavate meditsiiniliste tööriistadeni, " lisab Davis, kes polnud uuringuga seotud. "Nad on võtnud uusi teadmisi massispektromeetria kohta ja ühendanud need oma uudse anduri väljundiga."
Haick loodab, et tema meeskonna laialdane testimine viib nanosüsteemi laialdase kasutamiseni. Ta ütleb, et kuna see on taskukohane, mitteinvasiivne ja kaasaskantav, võiks seda kasutada haiguste ulatuslikuks sõeluuringuks. Skriinides isegi need, kellel pole sümptomeid, võimaldaks selline tööriist võimaldada varajasi sekkumisi, mis viivad paremate tulemusteni.
Kuid sellel AI-dega töötaval ninal võivad olla ka meditsiinidiagnostikast kaugemale ulatuvad rakendused. Mitmed ettevõtted on selle juba teistele rakendustele litsentsinud, väidab Haick. Paljude võimalike kasutusviiside hulgas märgib ta, et massiivi saaks kasutada toidu riknemise tuvastamiseks kvaliteedikontrolliks. Seda saaks kasutada ka lennujaamade turvalisuse tagamiseks, tuvastades lõhkeseadeldiste keemilised allkirjad.
"Süsteem on väga tundlik ja peate selle lihtsalt koolitama erinevat tüüpi rakenduste jaoks, " ütleb ta.
