Technologie biosenzorů může vést k dechovému testu na rakovinu plic

Výzkumníci z Texaské univerzity v Dallasu vyvinuli technologii biosenzorů, která v kombinaci s umělou inteligencí (AI) slibuje detekci rakoviny plic pomocí analýzy dechu.

Elektrochemický biosenzor identifikuje osm těkavé organické sloučeniny (VOC), které jsou potenciálními biomarkery pro rakovinu hrudníku, která zahrnuje rakovinu plic a jícnu. AI pak analyzuje biochemické charakteristiky sloučenin, aby určila, zda se shodují s těmi, které jsou spojeny s různými rakovinami hrudníku.

„Vytvořili jsme screeningový nástroj, který by umožnil lékařům zachytit nemoc v jejích raných fázích, což zlepšuje výsledky,“ řekl Dr. Shalini Prasad, profesor a vedoucí oddělení bioinženýrství na Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science. „Tato technologie nabízí potenciálně dostupnou, rychlou a neinvazivní technologii rozbor dechu nástroj pro screening rakoviny.“

Projekt je spoluprací mezi UT Dallas bioinženýrství a výzkumníci počítačových věd a a klinický výzkum tým z UT Southwestern Medical Center. Výzkumníci popsaný technologie v srpnovém čísle Výzkum snímání a biologického snímání.

Elektrochemické zařízení bylo testováno na vzorcích dechu od 67 pacientů, včetně 30 s biopsií potvrzenou rakovinou hrudníku. Zařízení přesně identifikovalo VOC v 90 % potvrzených případů rakoviny.

Inspirace pro zařízení vznikla během pandemie COVID-19.

„V té době byl velký zájem o neinvazivní technologie, které by nám mohly rychle umožnit screening a izolaci šíření COVID,“ řekl Prasad, odpovídající autor studie a profesor Cecil H. a Ida Green v oboru systémové biologie. „Použití dechu se stalo velmi atraktivní, protože dech prochází naším dýchacím systémem a nese metabolity, které jsou indikátory onemocnění.“

Změny metabolitů ve vydechovaném dechu se mohou objevit časně na začátku onemocnění. Tento vznikající obor dýchání má potenciál umožnit poskytovatelům zdravotní péče analyzovat VOC ve vydechovaném dechu, aby diagnostikovali nemoci a monitorovali zdravotní stav, řekl Prasad. AI je důležitou součástí diagnostických schopností zařízení týmu UT Dallas.

„Existuje obrovské množství dat poskytovaných dechem,“ řekl Prasad. „Co je důležité? Co není? Všechny tyto informace pocházejí z algoritmu strojového učení. Proto je partnerství s informatikou kritické. Je důležité, jak smysluplně integrujete AI do technologie.“

Prasad oslovil Dr. Ovidiu Daescu, profesora a vedoucího katedry informatiky, předsedu školy Jonsson a spoluautora studie, aby doladil modely strojového učení a ověřil tento přístup.

„Zařízení na profilování dechu a související model strojového učení mají velký potenciál pro změnu v detekci rakoviny a zároveň snižují náklady, za předpokladu, že se v průběhu času testuje a ověřuje více případů v lékařském prostředí,“ řekl Daescu.

Výzkumníci také spolupracovali s Dr. Muhannedem Abu-Hijlehem, profesorem interního lékařství v oddělení plicní a kritické péče na UT Southwestern.

„Rakovina plic je hlavní příčinou úmrtí souvisejících s rakovinou v USA i na celém světě,“ řekl Abu-Hijleh, intervenční pneumolog, který je také lékařským ředitelem respirační terapie a ředitelem kliniky a programu chronické obstrukční plicní nemoci. „Použití minimálně invazivních technologií, jako jsou biomarkery a analýza vydechovaných těkavých organických sloučenin, může pomoci při včasné detekci zhoubných nádorů hrudníku s minimální zátěží pro pacienty a systém zdravotní péče a přináší menší celkovou morbiditu.“

Prasad řekl, že tým bude pokračovat v práci na zařízení, včetně hledání dalšího klinického ověření.

„Nakonec by tato technologie mohla být nasazena v kanceláři vašeho poskytovatele primární péče,“ řekla. „Takže stejně jako chodíte na každoroční prohlídku a provádíte každoroční odběr krve, můžete si také udělat dechovou zkoušku. Pak by mohl poskytovatel primární péče dát pacientovi doporučení, pokud jsou ukazatele zvýšené, jako je další doporučení.“