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Entdeckung von Krankheit vom Atem: Wie ‚Breathomics‘ die Ecke dreht

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Die Anmerkung des Herausgebers: Dieses ist erster Teil einer Zweiartikel-Reihe auf breathomics, wie in der Februar-Druckfrage der Laborausstattung veröffentlicht.

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Forscher und Doktoren haben lang die Verbindung zwischen der Gesundheit einer Person und ihrem ausgeatmeten Atem nachgeforscht. Zurück bis 400 B.C., erklärte Hippokrates seinen Studenten, den Atem ihrer Patienten zu riechen, um nach Krankheitsanhaltspunkten zu suchen, wie Diabetes, der häufig einen süßen Geruch auf dem Atem seines Wirtes lässt.

TIEFERE EINBLICKE

Eine Methode für die Analyse und die quantitative Bestimmung des Kokains auf Währung

Schneller Vorlauf bis 2017 und Atem Forschung-oder breathomics, da sein jetzt gerade so wichtig wie überhaupt nennen-ist. Das Feld ist eine Kombination des Atems und des metabolomics, die Studie von einzigartigen chemischen Fingerabdrücken, dass spezifische zelluläre Prozesse zurücklassen. Zum Beispiel der geänderte zelluläre Metabolismus von Tumoren und von anderen verschiedenen chemischen „Fingerabdrücken“ der kranken Gewebeerträge von flüchtigen Abfallprodukten im Atem ausgeatmet von einem Patienten verglichen mit einer gesunden Einzelperson.

Sobald relegiert zum Labor wegen der spektrometrischen Massentechniken, die traditionsgemäß breathomic Tests antrieben, taucht das Feld jetzt für etwas Frischluft, mit sich entwickelnden portierbaren breathomic Geräten der Forscher in zunehmendem Maße für alles von Diabetes zu Krebs auf.

Diabetesentdeckung

Die Fähigkeit der Massenspektrometrie, winzige Spuren von Mitteln zu ermitteln ist für das Feld von breathomics gut angepasst. Aber sie ist groß und teure Natur machen es praktisch unbrauchbar für die Punkt-vonsorgfaltprüfung. Forscher von den medizinischen Diagnosen University of Oxfords und Oxfords bemühen sich, den Abstand zwischen diesen zwei Extrema mit einem Gerät-Handpassenden für Punkt-vonsorgfalt zu füllen, geprüft-dass identifizieren kann, wann ein Patient undiagnosed Art ich Diabetes hat, oder Probleme die Kontrolle ihres Blutzuckers hat.

Nach Ansicht der Forscher sammelt ihr Gerät Atem für das Probieren von einer Speichertasche oder direkt über die Einheit. Eine Pumpe zeichnet die Probe durch einen kleinen Preconcentrator, der das Atemaceton einschließt, aber lässt andere Atembestandteile, wie Methan, Wasser und Kohlendioxyd, durchfließen. Dieses ist der Schritt, der häufig eine Herausforderung für tragbare Breathalyzers gewesen ist, da Atem eine komplexe Mischung von Mitteln enthält, die Ergebnisse verdrehen können, wenn sie kein empfindliches Massenspektrometer verwenden. Aber, die Forscher waren in der Lage, diese Beschränkung zu überwinden.

Ihr Gerät verwendet ein saugfähiges Polymer, das Porapak-the gleiche verwendet in der Gaschromatographie Spalte-wie dem Material für den Preconcentrator genannt wird. Sobald der Preconcentrator erhitzt wird, gibt es das Aceton in einen empfindlichen optischen Sensor frei, der an einer Wellenlänge ermittelt, die zum Aceton spezifisch ist.

Robert Peverall und Kollegen prüften die Genauigkeit ihres Gerätes auf gesunden Freiwilligen, die verschiedene Zeiträume der Übung und des Fastens durchgemacht hatten, die zu eine Zunahme des Atemacetons führen können. Die Ergebnisse des Breathalyzers wurden mit verglichen und überprüft gegen die Daten, die unter Verwendung eines Massenspektrometers der weichen Ionisierung erhalten wurden. Die Maße waren ein nahes Match und umfassten eine breite Palette von Konzentrationen, einschließlich die, die vorschlagen würden, dass ein Patient undiagnosed Art ich Diabetes hat.

Peverall sagte Laborausstattung, die es nicht viel nehmen würde, um den Breathalyzer zu ein Funktionspunkt-vonsorgfaltgerät an diesem Punkt-allem zu machen das ist erforderlich ist eine praktische Weise des Änderns der Hilfsstoffe, das etwas ist, grundlegendes Industriedesign leicht vollenden könnte.

„Ich sage voraus, dass innerhalb der folgenden 10 bis 20 Jahre, eine oder einigen Biomarkers im Atem zu messen innerhalb der Grundversorgung überall vorhanden ist, und Atemproben zu geben ist gerade so allgemein, wie Haben unseres Blutdruckes heute maß,“ sagte Peverall.

Siebzehn andere Krankheiten

Hossam Haick und seine Mitarbeiter von 14 klinischen Abteilungen weltweit nahmen etwas unterschiedlich-oder eher, Rückwärtsannäherung zum Entwickeln eines Krankheit Breathalyzer. Anstatt, das Gerät zuerst zu entwerfen, Haicks konzentrierte sich Team stattdessen auf das einzigartige breathprint einer Krankheit, indem es eine Reihe Nanoskala-Sensoren entwickelte, die die einzelnen flüchtigen organischen Komponenten ermitteln konnten, die mit spezifischen Krankheiten verbunden sind. Ihre Analyse identifizierte 13 ausgeatmete Chemikalien, die zwischen 17 verschiedenen Krankheiten unterscheiden konnten. Indem es die Ergebnisse mit Techniken der künstlichen Intelligenz analysierte, könnte das Team die Reihe verwenden, um jede Krankheit zu bestimmen und zu klassifizieren und mehrfache Krankheiten von der gleichen Atemprobe sogar ermitteln.

„Das System wird vorbei angespornt und den Säugetier- Geruchssinn,“ Haick erklärte Laborausstattung nachahmt. „, zwecks diese Ergebnisse zu erzielen, verwendeten wir die modernen Mustererkennungsalgorithmen und ähnlich arbeiteten der olfaktorischen Rinde, in der elektrische Signale von den Nerven in Geruche übersetzt werden und schließlich erkannt, indem man Verfahren in der Gedächtnisrinde lernt. Deshalb benutzten wir die Signale der Sensoren, die ‚Ausbildungssätzen‘ Atemproben ausgesetzt wurden, um die chemischen Muster von jedem zu erkennen, bilden das System aus und schaffen künstliches Gedächtnis der Unterzeichnungen.“

Die Leistung vom künstlich intelligenten nanoarray wurde klinisch in den Blindversuchen, die eine 86-Prozent-Genauigkeit zwischen dem nanoarray zeigten und der Labor-Standardgaschromatographie-massenspektrometrie (GCMS) festgesetzt.

Andere Forscher haben versucht und, die Hypothese stützen nicht gekonnt, dass ein einzelnes VOC zwischen verschiedenen Krankheiten absondern kann. Was macht, Haicks ist Forschung, die unterschiedlich ist, Modell-dieses Unterstützung der Studie die Anwendung von A.I. und das mathematisch, die findet, dass der Gebrauch von VOC-Mustern in ausgeatmetem Atem eine realistische Wahl für das Absondern zwischen verschiedenen Krankheitszuständen ist.

Während größere Übersetzungsstudien angefordert werden, Haicks Ergebnisse weiter zu validieren, zeigt die Forschung bestimmt auf eine Methode für die billigen, bedienungsfreundlichen, miniaturisierten Werkzeuge sich Entwickelns für personifizierte Siebung und Diagnose einer Strecke der Krankheiten.

„Für volle und leistungsfähige Operation in den wirklichen klinischen Einstellungen, der künstlich intelligente nanoarray Bedarf, unter Verwendung der bekannten klinischen Proben in zunehmendem Maße ausgebildet zu werden, um eine konsequente und zuverlässige Datenbank des Hinweises aufzubauen,“ liest Haicks Papier, vor kurzem veröffentlicht in Nano ACS. „Es kann neue Proben dann erkennen, indem es bereits vergleicht Krankheit-bedingte VOC-Muster mit denen in seiner Datenbank.“

Darüber hinaus konnten zukünftige Sensoren entwickelt werden und geändert werden, um bestimmten VOC-Zusammensetzungen zu entsprechen und einen Sensor bereitstellen, der für einzelne VOC-Profile sehr empfindlich ist.