Sua respiração terrível está tentando lhe dizer algo - e não apenas que é hora de abrir uma garrafa de Listerine. Dentro dessa nuvem de cebola e odores de atum velho são centenas de compostos químicos, que se combinam em sua boca para criar uma relação tão única como uma impressão digital. Ao analisar essa proporção, os pesquisadores criaram uma maneira nova e poderosa de detectar as assinaturas de várias doenças, do câncer de próstata ao mal de Parkinson.
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Hoje, na revista American Chemical Society Nano, os pesquisadores revelam uma matriz de sensores que identifica e captura a “impressão” única de 17 doenças diferentes. Os pesquisadores esperam que sua matriz, que usa inteligência artificial para combinar os níveis e proporções variáveis de 13 compostos químicos essenciais encontrados na respiração humana para diferentes doenças, abra caminho para uma ferramenta de diagnóstico médico versátil. Depois de amostrar a respiração de mais de 1.400 pessoas, eles descobriram que sua técnica era capaz de discriminar entre as doenças com 86% de precisão.
A ciência por trás do cheiro da respiração de uma pessoa está dentro do conjunto de compostos químicos orgânicos que rotineiramente expulsamos para o ar a cada risada, gritos ou suspiros. Esses compostos geralmente são marcados pelos sinais de alterações bioquímicas causadas por doenças específicas - um fenômeno que constitui a base do diagnóstico moderno da respiração. O problema é que há muito ruído de fundo para filtrar: em uma nuvem de ar exalado, você normalmente verá centenas desses compostos.
Médicos antigos que datavam de 400 aC sabiam que havia algo a ser colhido por farejar a respiração de uma pessoa doente. O famoso médico grego Hipócrates, entre outros, costumava sentir o hálito de seus pacientes para descobrir o que os afligia. (Pior ainda, alguns médicos costumavam cheirar a urina ou as fezes dos pacientes.) Desde então, ficamos um pouco mais sofisticados; A análise da respiração tem sido empregada com sucesso para diagnosticar a cirrose do fígado, diabetes e câncer colorretal. Há até um jornal dedicado à pesquisa da respiração .
Mas anteriormente, tais esforços foram usados principalmente para detectar uma única doença. No novo estudo, Hossam Haick, especialista em nanotecnologia da Technion - Instituto de Tecnologia de Israel, e várias dezenas de colaboradores internacionais tiveram como objetivo lançar as bases para uma ferramenta diagnóstica geral para identificar as assinaturas respiratórias de muitas doenças, incluindo insuficiência renal, câncer de pulmão. Doença de Crohn, MS, câncer de próstata e de ovário e muito mais. Sua matriz primeiro avalia a abundância relativa de cada composto dentro da respiração de uma pessoa e, em seguida, compara assinaturas de doenças contra indivíduos saudáveis.
"Temos uma mistura de compostos que caracterizam uma determinada doença, e esse quadro é diferente de uma doença para outra", explica Haick. Usando a análise de espectrometria de massa, o grupo primeiro identificou as assinaturas específicas de compostos 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 eles exalavam. Um conjunto de algoritmos de computador decifrou o que os dados contavam sobre a presença ou ausência de cada doença.
É aí que entra a inteligência artificial. “Podemos ensinar ao sistema que uma pegada de respiração pode estar associada a uma doença em particular”, diz Haick, que liderou o estudo. “Funciona da mesma forma que usamos 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 ao cérebro, e então memorizá-lo em regiões específicas do cérebro ... Isso é exatamente o que fazemos. Nós deixamos cheirar uma determinada doença, mas em vez de nariz usamos sensores químicos e, em vez do cérebro, usamos os algoritmos. Então, no futuro, ele pode reconhecer a doença como um cão pode reconhecer um perfume.
Jonathan Beauchamp, físico ambiental do Instituto Fraunhofer de Engenharia de Processos e Embalagem na Alemanha, disse que a tecnologia apresenta uma maneira promissora de superar um grande obstáculo na análise da respiração. "Os mesmos COVs (compostos orgânicos voláteis) frequentemente se iluminam como marcadores para muitas doenças diferentes", diz ele. "De fato, agora é amplamente aceito na comunidade de pesquisa de respiração que é improvável que existam VOCs específicos para doenças específicas."
Portanto, a pesquisa de concentrações de vários COVs um em relação ao outro, como fizeram Haick e seus colegas, pode ser o método diagnóstico mais preciso, acrescenta. "Estes resultados demonstram alta precisão na discriminação de uma doença específica contra outra ... O estudo atual demonstra claramente o poder ea promessa da técnica de matriz de nanopartículas de ouro", diz ele.
O estudo envolveu dezenas de estudiosos de 14 instituições de pesquisa em cinco países diferentes. Seus participantes eram igualmente diversos: a idade média era de 55 anos; cerca de metade eram homens e metade eram mulheres; e cerca de um terço eram fumantes ativos. Os participantes foram recrutados em todo o mundo nos Estados Unidos, Israel, França, Letônia e China. "O grande número de indivíduos em áreas geográficas variadas é realmente uma das principais forças deste estudo", diz Cristina Davis, engenheira biomédica que dirige o laboratório de bioinstrumentação da Universidade da Califórnia em Davis.
“Ensaios clínicos maiores como este ajudarão a impulsionar os limites da análise da respiração e devem ajudar a levar a ferramentas médicas promissoras para a prática clínica”, acrescenta Davis, que não esteve envolvido no estudo. "Eles pegaram o novo conhecimento de espectrometria de massa e o acoplaram à sua nova saída de sensor".
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 amplamente. Ao rastrear até mesmo aqueles sem sintomas, tal ferramenta poderia permitir os tipos de intervenções precoces que levam a melhores resultados.
Mas esse "nariz" alimentado por inteligência artificial também pode ter aplicações muito além do diagnóstico médico. Várias empresas já licenciaram para outras aplicações, diz Haick. Entre os muitos usos potenciais, ele não sabia que o array poderia ser usado para controle de qualidade, detectando a deterioração de alimentos. Também pode ser usado para segurança em aeroportos, detectando as assinaturas químicas de dispositivos explosivos.
"O sistema é altamente sensível e você só precisa treiná-lo para diferentes tipos de aplicativos", diz ele.
