Анализатор «нано-нос» ставит диагнозы по дыханию
Международная группа ученых из Израиля, Франции, Латвии, Китая и Соединенных Штатов во главе с профессором Хоссамом Хаиком из Израильского технологического института Технион разработала систему, которая позволяет выявить 17 заболеваний на основе анализа воздуха, который выдыхает человек. Причем сделать это можно с точностью до 86 процентов, сообщает ACS Nano.
Как отмечают исследователи, каждое заболевание характеризуется определенным набором молекул. И больной человек их выдыхает. Сначала ученые собрали пробы дыхания у 1404 здоровых и больных людей. По полученным образцам были определены молекулы, которые свидетельствуют о наличии 17 различных заболеваний, включая несколько видов рака, болезнь Паркинсона, рассеянный склероз, а также желудочно-кишечные заболевания, болезни почек и др. Исследователи поставили себе задачу создать своего рода воздушные отпечатки этих болезней и сравнивать их с выдохами обследуемых людей. То есть сконструировать анализатор дыхания, работающий по принципу широкого известного алкотестера.
Дыхание представляет собой сложный химический процесс. Когда мы выдыхаем, высвобождаются азот, кислород, углекислый газ, аргон и водяной пар. Кроме того, выдыхаемый человеком воздух содержит летучие органические соединения - химические вещества, которые выделяются в виде газов и при нормальной температуре обладают высоким паровым давлением. В 1971 году американский биохимик Лайнус Полинг, один из основателей современной квантовой химии и молекулярной биологии, лауреат Нобелевской премии по химии 1954 года и Нобелевской премии мира 1962 года, с помощью метода газожидкостной хроматографии изучил 250 летучих веществ, которые образовываются при дыхании человека.
Полинг считается пионером в области изучения дыхания. Дальнейшие исследования показали, что выдыхаемый нами воздух может содержать до 3500 различных веществ. Соответствующие научные данные были приведены в исследовании 2011 года, которое было опубликовано в журнале Annals of Allergy, Asthma & Immunology.
Летучие органические соединения являются основным элементом в процессе обоняния. Когда мы делаем вдох, в нос втягиваются молекулы запаха, которые обычно содержат различные летучие химические элементы. В полости носа эти молекулы сначала контактируют с обонятельной тканью эпителия, затем через обонятельные рецепторы сигнал о запахе поступает в мозг - к определенному клубочку у поверхности обонятельной луковицы головного мозга. Всего таких клубочков около двух тысяч. Они помогают мозгу интерпретировать запахи.
В ходе исследования под руководством Хаика роль мозга в процессе обоняния выполняла система, созданная с помощью нанотехнологий. Специальные сенсоры с наночастицами золота распознают летучие органические соединения, которые выдыхает человек. Выявив выдыхаемые молекулы, можно диагностировать заболевание. Ученые назвали созданную ими систему нано-нос (“NaNose”).
Прибор был протестирован более, чем на 8000 пациентов различных клиник. Результаты показали высокую эффективность инновационной системы. Например, она обнаружила рак желудка с точностью до 92-94%, что позволило исследователям сделать вывод, что «каждая болезнь накладывает свой уникальный отпечаток на дыхание».
В настоящее время ученые работают над тем, чтобы сделать предложенный ими метод доступным для широкого применения. По мнению экспертов, уже в ближайшем будущем анализаторы дыхания можно будет использовать в качестве биомаркеров для ранней диагностики сердечно-легочных заболеваний, а также рака легких и рака молочной железы.
