Выдохните глубже - диагностика болезней по выдоху пациента нашла научное подтверждение

"Дыхание - это прекрасный исходный материал для диагностики - его образцы можно взять без неприятных инвазивных процедур, это безопасно, и пробы можно брать снова и снова." ​

​Международная группа из 56 исследователей из пяти стран подтвердила гипотезу, выдвинутую еще древними греками: различные заболевания действительно можно распознать по их «химическим подписям», которые можно идентифицировать в дыхании больного. 

Результаты работы исследователей, которых возглавлял профессор Хоссам Хейк с факультета химиоинженерии Техниона, были опубликованы в ACS Nano.
 

Диагностические техники на основе проб дыхания пациентов демонстрировались и ранее, но до нынешнего момента не было научных доказательств того, что различные и не связанные между собой заболевания характеризуются различными «химическими подписями» в дыхании. Разработанные до нынешнего момента технологии для этого типа диагностики были ограничены определением только небольшого ряда клинических нарушений, без возможности дифференцирования между различными несвязанными между собой заболеваниями.

Исследование, охватившее 1400 пациентов, включало в себя больных 17 различными заболеваниями: рак легких, рак кишечника, рак головы и шеи, рак яичников, рак мочевого пузыря, простаты, почек, желудка, болезнь Крона, язвенный колит, синдром раздраженного кишечника, два типа болезни Паркинсона, рассеянный склероз, легочная гипертензия, преэклампсия и хроническая болезнь почек. Образцы собирались с января 2011 года по июнь 2014 в 14 отделах 9 медицинских центров в 5 странах - Израиле, Франции, США, Латвии и Китае.

Исследователи изучили химический состав образцов дыхания, используя принятые аналитические методы (масс-спектрометрию), что позволило выполнить точный количественный анализ и идентификацию химических компонентов. Так были определены 13 химических компонентов, которые в разных комбинациях встречались при всех 17 заболеваниях.

По словам профессора Хейка: «У каждого из этих заболеваний есть свой уникальный «отпечаток пальца», уникальная комбинация этих 13 химических компонентов. Как у каждого из нас есть уникальный отпечаток пальца, который отличает нас друг от друга, у каждого из этих заболеваний есть такая же уникальная «химическая подпись», отличающая это заболевания от других и от дыхания здорового человека. Эти подписи запахом - то, что позволяет нам идентифицировать заболевания при помощи разработанной нами технологии».

С помощью новой технологии под названием «наномассив искусственного интеллекта», разработанной профессором Хейком, исследователи смогли подтвердить клиническую эффективность диагностической технологии. Массив позволяет быструю и недорогую диагностику и классификацию заболеваний на основе «обнюхивания» дыхания пациента, а с помощью искусственного интеллекта можно анализировать данные, собранные с датчиков. Некоторые датчики базируются на слоях золотых наночастиц, а другие содержат сеть углеродных нанотрубок, покрытых слоем органики с целью обнаружения и идентификации "химических подписей" болезней.

«Каждый из датчиков реагирует на широкий спектр компонентов выдоха», - объясняют профессор Хейк и доктор Мурад Накле, - «и интеграция информации предоставляет детальные данные об уникальных характеристиках различных заболеваний. Наша система выявила и классифицировала различные заболевания со средней точностью 86%. Это новое многообещающее направление в диагностике и классификации заболеваний, которое характеризуется не только достаточной точностью, но и низкой стоимостью, низким энергопотреблением, миниатюрностью, комфортом и возможностью с легкостью повторить проверку». 

«Дыхание - это прекрасный исходный материал для диагностики», - утверждает профессор Хейк, - «его образцы можно взять без неприятных инвазивных процедур, это безопасно, и пробы можно брать снова и снова по необходимости». 

Профессор Хейк, полный профессор Техниона и глава трех крупных европейских консорциумов, получил множество престижных наград и грантов, включая грант Европейского исследовательского совета и премию Марии Кюри, гранты фонда Билла и Мелинды Гейтс, инновационную награду Техниона Hershel Rich и немецкую премию Гумбольдта. Он был включен в опубликованный MIT список 35 ведущих молодых ученых, лондонский список траста Номинет (в него входят 100 наиболее влиятельных изобретателей) и список лос-анджелесского журнала GOOD «100 наиболее влиятельных людей мира». Он также получил самую высокую награду Техниона за преподавание: премию Яная за выдающиеся академические достижения.



Источник: MFA
Фото: Профессор Хоссам Хейк (Технион)