Je vreselijke adem probeert je iets te vertellen - en niet alleen dat het tijd is om een fles Listerine open te breken. Binnen die wolk van ui en muffe tonijngeuren zitten honderden chemische verbindingen, die in je mond samenkomen om een verhouding te creëren die zo uniek is als een vingerafdruk. Door die verhouding te analyseren, hebben onderzoekers een krachtige nieuwe manier bedacht om de handtekeningen van verschillende ziekten te detecteren, van prostaatkanker tot Parkinson.
gerelateerde inhoud
- De geschiedenis en wetenschap achter je vreselijke adem
- Hoe halitose een medische aandoening werd met een 'remedie'
Vandaag onthullen onderzoekers in het tijdschrift American Chemical Society Nano een sensorreeks die de unieke "ademafdruk" van 17 verschillende ziekten identificeert en vastlegt. De onderzoekers hopen dat hun array, dat kunstmatige intelligentie gebruikt om de verschillende niveaus en verhoudingen van 13 belangrijke chemische verbindingen in de menselijke adem te matchen met verschillende ziekten, de weg zal effenen voor een veelzijdig medisch diagnostisch hulpmiddel. Na het bemonsteren van de adem van meer dan 1400 mensen, ontdekten ze dat hun techniek in staat was om ziekten te onderscheiden met een nauwkeurigheid van 86 procent.
De wetenschap achter de geur van de adem van een persoon ligt in de reeks organische chemische verbindingen die we routinematig in de lucht verdrijven met elke lach, geschreeuw of zucht. Deze verbindingen worden vaak gekenmerkt door de tekenen van biochemische veranderingen veroorzaakt door specifieke ziekten - een fenomeen dat de basis vormt van moderne ademdiagnostiek. Het probleem is dat er veel achtergrondgeluid is om doorheen te bladeren: in een wolk van uitgeademde adem zie je meestal honderden van deze verbindingen.
Oude artsen uit 400 voor Christus wisten dat er iets te halen viel uit het snuiven van de adem van een zieke. De beroemde Griekse arts Hippocrates rook onder andere de adem van zijn patiënten om erachter te komen wat hen scheelde. (Erger nog, sommige artsen ruikten de urine of ontlasting van hun patiënten.) Sindsdien zijn we iets geavanceerder geworden; ademanalyse is met succes toegepast om cirrose van de lever, diabetes en darmkanker te diagnosticeren. Er is zelfs een speciaal Journal of Breath Research .
Maar eerder werden dergelijke inspanningen vooral gebruikt om een enkele ziekte op te sporen. In de nieuwe studie probeerden Hossam Haick, een nanotech-expert bij Technion - Israel Institute of Technology, en enkele tientallen internationale medewerkers de basis te leggen voor een algemeen diagnostisch hulpmiddel om de ademhalingskenmerken van veel ziekten te identificeren, waaronder nierfalen, longkanker, De ziekte van Crohn, MS, prostaat- en eierstokkanker en meer. Hun array beoordeelt eerst de relatieve overvloed van elke stof in de adem van een persoon en vergelijkt vervolgens de ziektetekens van gezonde personen.
"We hebben een mengsel van verbindingen die een bepaalde ziekte kenmerken, en dit beeld verschilt van ziekte tot ziekte", legt Haick uit. Met behulp van massaspectrometrie-analyse identificeerde de groep eerst de specifieke samenstellingshandtekeningen voor 17 verschillende ziekten. Ze proefden vervolgens de adem van meer dan 1.400 mensen, met behulp van een sensorische reeks koolstofnanobuisjes en gouddeeltjes om te registreren welke mix van stoffen ze uitademden. Een reeks computeralgoritmen ontcijferde wat de gegevens hen vertelden over de aanwezigheid of afwezigheid van elke ziekte.
Dat is wanneer de kunstmatige intelligentie binnenkomt. "We kunnen het systeem leren dat een ademafdruk kan worden geassocieerd met een bepaalde ziekte", zegt Haick, die de studie leidde. “Het werkt op dezelfde manier als we honden zouden gebruiken om specifieke verbindingen te detecteren. We brengen iets naar de neus van een hond, en de hond zal dat chemische mengsel overbrengen naar een elektrische handtekening en het aan de hersenen verstrekken en het vervolgens onthouden in specifieke delen van de hersenen ... Dit is precies wat we doen. We laten het een bepaalde ziekte ruiken, maar in plaats van een neus gebruiken we chemische sensoren, en in plaats van de hersenen gebruiken we de algoritmen. Dan kan het in de toekomst de ziekte herkennen zoals een hond een geur zou kunnen herkennen. "
Jonathan Beauchamp, een omgevingsfysicus bij het Fraunhofer-instituut voor procestechnologie en verpakking in Duitsland, zei dat de technologie een veelbelovende manier is om een belangrijke hindernis in ademanalyse te overtreffen. "Dezelfde VOS (vluchtige organische stoffen) lichten vaak op als markers voor veel verschillende ziekten, " zegt hij. "Inderdaad, het is nu algemeen aanvaard binnen de gemeenschap van ademonderzoek dat het onwaarschijnlijk is dat unieke VOS voor specifieke ziekten bestaan."
Daarom kan het zoeken naar concentraties van verschillende VOS in relatie tot elkaar, zoals Haick en collega's, de meer accurate diagnostische methode zijn, voegt hij eraan toe. "Deze resultaten tonen een hoge nauwkeurigheid bij het onderscheiden van de ene specifieke ziekte tegen de andere ... De huidige studie toont duidelijk de kracht en belofte van de gouden nanodeeltjesmatrixtechniek aan", zegt hij.
Bij het onderzoek waren tientallen wetenschappers betrokken bij 14 onderzoeksinstellingen in vijf verschillende landen. De deelnemers waren even divers: de gemiddelde leeftijd was 55; ongeveer de helft was mannelijk en de helft was vrouwelijk; en ongeveer een derde waren actieve rokers. Deelnemers werden over de hele wereld geworven in de Verenigde Staten, Israël, Frankrijk, Letland en China. "Het grote aantal onderwerpen over verschillende geografische gebieden is echt een belangrijke kracht van deze studie", zegt Cristina Davis, een biomedisch ingenieur die aan het hoofd staat van het bioinstrumentatielab aan de University of California in Davis.
"Grotere klinische onderzoeken zoals deze zullen helpen de grenzen van ademanalyse vooruit te verleggen en zouden moeten helpen leiden tot veelbelovende medische hulpmiddelen voor de klinische praktijk, " voegt Davis toe, die niet bij de studie betrokken was. "Ze hebben nieuwe kennis van massaspectrometrie genomen en gekoppeld aan hun nieuwe sensoroutput."
Haick hoopt dat het uitgebreide testen van zijn team zal leiden tot een wijdverbreid gebruik van het nanosysteem. Hij zegt dat omdat het betaalbaar, niet-invasief en draagbaar is, het zou kunnen worden gebruikt om breed te screenen op ziekten. Door zelfs diegenen zonder symptomen te screenen, kan een dergelijk hulpmiddel de soorten vroege interventies mogelijk maken die tot betere resultaten leiden.
Maar deze AI-aangedreven "neus" kan ook toepassingen hebben die veel verder gaan dan medische diagnostiek. Verschillende bedrijven hebben het al in licentie gegeven voor andere toepassingen, zegt Haick. Van de vele mogelijke toepassingen merkt hij op dat de array kan worden gebruikt voor kwaliteitscontrole door voedselverspilling op te sporen. Het kan ook worden gebruikt voor beveiliging op luchthavens, door de chemische handtekeningen van explosieven te detecteren.
"Het systeem is zeer gevoelig en u hoeft het alleen maar te trainen voor verschillende soorten toepassingen", zegt hij.
