© f9photos/iStockVaš dah je možda loš, ali je također i vrlo zanimljiv.
Ovih dana u časopisu American Chemical Society Nano, istraživači su predstavili niz senzora koji identificiraju i snimaju jedinstveni "otisak daha" 17 različitih bolesti. Znanstvenici se nadaju da će njihov aparat, koji koristi umjetnu inteligenciju kako bi uskladio različite razine i omjere 13 ključnih kemijskih spojeva različitih bolesti koje se nalaze u ljudskom dahu, otvoriti put za svestrani medicinski dijagnostički alat. Nakon uzetih uzoraka daha više od 1400 ljudi, otkrili su da je njihova tehnika bila u mogućnosti praviti razliku među različitim bolestima s 86 posto točnosti.
Znanost iza mirisa daha neke osobe leži u sastavu organskih kemijskih spojeva koje rutinski izbacujemo u zrak sa svakim smijehom, vikom ili uzdahom. Ovi spojevi često dolaze označeni znakovima biokemijskih promjena izazvanim određenom bolešću - fenomen koji čini osnovu modernih dijagnostika daha. Problem je u tome što je previše toga što u dahu treba razlikovati: U oblaku izdaha, obično ćete vidjeti stotine tih spojeva.
Još u vremenu 400 godina prije Krista drevni liječnici su znali da postoji nešto što se vidi iz njuškanja daha bolesne osobe. Slavni grčki liječnik Hipokrat, među ostalima, mirisao je dah svojih pacijenata kako bi saznao što im zadaje bol. (Što je još gore, neki liječnici su prije mirisali urin ili stolicu svojih pacijenata.) Mi smo postali malo sofisticiraniji od tada; analize daha se uspješno koriste za dijagnosticiranje ciroze jetre, dijabetesa i raka debelog crijeva. Postoji čak i posvećeni žurnal o istraživanju daha: Journal of Breath Research.
No ranije su takva nastojanja uglavnom korištena za detektiranje jedne bolesti. Cilj nove studije Hossama Haicka, stručnjaka nanotehnologije s tehnološkog Instituta Technion iz Izraela, i nekoliko desetaka međunarodnih suradnika je postaviti temelje za univerzalan dijagnostički alat kojim bi se identificirale mnoge bolesti u otisku daha, uključujući zatajenje bubrega, rak pluća, Crohnova bolest, MS [multipla skleroza, op. prev.], rak prostate i jajnika, i više. Njihov aparat najprije procjenjuje relativnu zastupljenost svakog spoja u dahu jedne osobe, a zatim uspoređuje pronađene znakove bolesti s otiskom daha zdravih osoba.
"Imamo smjesu spojeva koji karakteriziraju određenu bolest, a ta slika se razlikuje od jedne bolesti do druge", objašnjava Haick. Korištenjem analize masene spektrometrije, grupa istraživača je prvo identificirala specifične otiske spojeva za 17 različitih bolesti. Potom su uzeti otisci daha više od 1400 ljudi, pomoću senzornog niza ugljikovih nanocjevčica i čestica zlata kako bi se zabilježilo koju kombinaciju spojeva su izdahnuli. Paket računalnih algoritama zatim dešifrira ono što su im podaci rekli o prisutnosti ili odsutnosti svake bolesti.
Tada umjetna inteligencija dolazi do izražaja. "Možemo naučiti sistem da otisak daha može povezati s određenom bolesti", kaže Haick, ko-autor studije. "Ona radi na isti način na koji smo koristili pse za otkrivanje specifičnih spojeva. Donesemo nešto psu za pomirisati, a pas će prenijeti tu mješavinu kemikalija na električni otisak i dostaviti ga u mozak, a zatim ga zapamtiti u određenim područjima mozga ... To je upravo ono što mi radimo. Mi dajemo da se namirišu određene bolesti, ali umjesto nosa koristimo kemijske senzore, a umjesto mozga koristimo algoritme. Na taj način ubuduće može prepoznati bolest kao što pas može prepoznati miris."
Jonathan Beauchamp, fizičar ekologije na Fraunhofer institutu za procesno inženjerstvo i ambalažu u Njemačkoj, rekao je da je prezentirana tehnologija obećavajuć put da se nadmaši glavna zapreka kod analiza daha. "Isti VOC-ovi (hlapljivi organski spojevi) često svjetle kao markeri za mnoge različite bolesti", on tvrdi. "Doista, sada je široko prihvaćeno u zajednici istraživanja daha da jedinstveni hlapljivi organski spojevi za određene bolesti vjerojatno ne postoje."
Dakle, potraga za koncentracijama raznih hlapljivih organskih spojeva u odnosu jedan prema drugome, kao što su Haick i kolege učinili, mogu dokazati točniju dijagnostičku metodu, on dodaje. "Ovi rezultati pokazuju visoku preciznost u razlikovanju jedne specifične bolesti od druge... Trenutna studija jasno pokazuje moć obećavajuće tehnike s nanočesticama zlata", on tvrdi.
U istraživanje je bilo uključeno više desetaka znanstvenika koji se nalaze na 14 istraživačkih institucija diljem pet različitih zemalja. Ispitanici su bili jednako raznoliki: Srednja dob je bila 55 godina; oko polovica njih su bili muškarci, a polovica žene; otprilike jedna trećina su bili aktivni pušači. Ispitanici su odabrani diljem svijeta, iz SAD-a, Izraela, Francuske, Latvije i Kine. "Velik broj ispitanika iz više raznovrsnih zemljopisnih područja je zapravo ključna snaga ovog istraživanja", kaže Cristina Davis, biomedicinski inženjer koji je na čelu bioinstrumentacijskog laboratorija na Sveučilištu California u Davisu.
"Veća klinička ispitivanja kao što je ovo pomoći će u širenju granica analiziranja daha prema naprijed, i trebala bi pomoći u pronalaženju obećavajućih medicinskih alata za kliničku praksu", dodaje Davis, koja nije bila uključena u studiju. "Uzeli su novo znanje o masenoj spektrometriji i spojili ga s izlazom njihovih novih senzora."
Haick se nada da će rašireno testiranje njegovog tima dovesti do rasprostranjenog korištenja nanosistema. On kaže da se zbog pristupačnosti, neinvazivnosti i mobilnosti ovog nanosistema, može koristiti naširoko za bolesti. Pregledom čak i onih bez simptoma, takav alat može omogućiti vrste ranih intervencija koje dovode do boljih ishoda.
Ali ovaj umjetnom inteligencijom pogonjen "nos" također može imati primjene i daleko izvan medicinske dijagnostike. Nekoliko tvrtki ga je već licenciralo za druge primjene, kaže Haick. Među brojnim potencijalnim primjenama, ističe da bi se stroj mogao koristiti za kontrolu kvalitete otkrivanjem kvarenja hrane. Također se može koristiti za sigurnost u zračnim lukama, detekcijom kemijskih potpisa eksplozivnih naprava.
Na kraju Hick dodaje: "Sistem je visoko osjetljiv, a vi ga samo trebate trenirati na različite vrste primjena."
Komentar: Umjesto neugodne gastroskopije prilikom koje se s endoskopom (tanki, fleksibilni i cjevoliki instrument koji se uvodi kroz usta, te prolazi kroz jednjak do želuca) ispituje postojanje bakterije Helicobacter pylori, ova vrlo jednostavna tehnika pravo je olakšanje za ljude koji muku muče sa želučanim problemima. Pogledajte u videu jednostavnu proceduru: