Ti piacerebbe scoprire da cosa deriva il tuo malessere semplicemente soffiando dentro un dispositivo elettronico, oppure fare un check-up per conoscere il tuo stato di salute anche in assenza di sintomi particolari? Questa non è fantascienza ed alcuni ricercatori hanno messo a punto una tecnologia in grado di farlo.
“Na-Nose”. Così è stato chiamato dai suoi inventori il respirometro che, analizzando il respiro del paziente, è in grado di evidenziare eventuali patologie con un’accuratezza media dell’86% circa.
Tale scoperta è stata possibile grazie alla cooperazione di un team di numerosi ricercatori provenienti da 5 paesi diversi quali Israele, Francia, USA, Lituania e Cina, guidati dal Professor Hossam Haick del Technion-Israel Institute of Technology Department of Chemical Engineering e Russell Berrie Nanotechnology Institute.
Gli studi ed i loro risultati sono stati pubblicati nel 2017 sulla rivista scientifica ACS Nano.
Il nome “Na-Nose” sta per Nanoscale Artificial Nose: naso artificiale realizzato con nanomateriali che cerca di imitare il funzionamento dei sistemi olfattivi che ritroviamo in natura come quello dei mammiferi o più specificatamente quello del cane. Infatti, è stato provato che i cani, attraverso il loro olfatto, sono in grado di rilevare una malattia grazie all’ “odore”, o traccia chimica, che questa emana.
Tra le patologie diagnosticabili da questo innovativo dispositivo vi sono: il morbo di Parkinson, il morbo di Crohn, la sclerosi multipla, la colite ulcerosa, sindrome dell’intestino irritabile, il cancro ai polmoni, il cancro alle ovaie, il cancro alla prostata, il cancro alla vescica, il cancro al colon-retto, il cancro allo stomaco, il tumore della testa e del collo. Inoltre, il dispositivo è anche in grado di rilevare più di una malattia contemporaneamente.
“Na-Nose”: com’è fatto? Come funziona?
In medicina, è noto che gli stati patologici possono alterare il metabolismo del nostro corpo, facendo sì che le cellule rilascino composti organici volatili (COV) in composizione o quantità diverse rispetto ad uno stato fisiologico normale.
Questi composti viaggiano nel flusso sanguigno e, in seguito, vengono eliminati dal corpo attraverso l'aria espirata, l'urina o la pelle. A titolo esemplificativo, le persone con carcinoma polmonare espirano concentrazioni diverse di COV (tra cui alcani e alcani monometilati) rispetto agli individui sani o, ancora, soggetti affetti da diabete presentano un alto livello di concentrazione di acetone: analizzando i COV presenti nell'esalato è quindi possibile identificare dei biomarcatori specifici per le singole patologie.
Na-Nose legge e rileva i composti organici volatili in una modalità innovativa, essendo un nanoarray artificialmente intelligente.
Il dispositivo si presenta come una scatola bianca dotata di una cannuccia attraverso la quale viene immesso il respiro; l’aria passa successivamente attraverso una serie di sensori costituiti da nanofili in silicio e nanoparticelle in oro, che interagiscono con i COV espirati, ed infine il software di apprendimento automatico analizza i risultati e determina se il segnale corrisponde a una firma chimica (l’”odore” specifico) nota di una particolare malattia; proprio grazie alle variazioni dei segnali generati da questi sensori è possibile ottenere un pattern identificativo (breathprint) del respiro analizzato.
Le prestazioni del nanoarray artificialmente intelligente sono state valutate clinicamente su campioni di respiro di 1404 soggetti (includendo sia individui sani sia affetti da una delle 17 condizioni patologiche considerate nello studio) da 14 dipartimenti in 9 centri medici di 5 paesi diversi.
I ricercatori hanno testato la composizione chimica dei campioni di esalato utilizzando un metodo analitico noto come gas cromatografia-spettrometria di massa, che ha consentito l’identificazione e l'accurata rilevazione quantitativa dei composti chimici in essi contenuti.
Questa analisi ha rilevato che 13 specie chimiche espirate erano comuni a tutte le 17 malattie, ma la loro composizione differiva da una malattia all'altra e tra i vari gruppi di controllo (sani e malati). La logica alla base di questo approccio è che queste specie chimiche possano generare migliaia di possibili combinazioni dove ciascuna combinazione potrebbe essere preziosa nella discriminazione tra due o più malattie.
Il professor Hossam Haick ha spiegato: “Ciascuna di queste malattie è caratterizzata da un'impronta digitale unica, che significa una diversa composizione di questi 13 componenti chimici. Proprio come ognuno di noi ha un'impronta digitale unica che ci distingue dagli altri, ogni malattia ha una firma chimica che la distingue dalle altre patologie e da un normale stato di salute. Queste firme degli odori sono alla base della tecnologia che abbiamo sviluppato”.
Questa è una direzione nuova e promettente; il rivoluzionario "naso elettronico", fornisce una diagnosi precoce affidabile, non invasiva ed economica con test facilmente riproducibile. È in grado di classificare le malattie ed individuare lo stato di avanzamento di queste ultime. Complessivamente, questi risultati potrebbero offrire un esclusivo sistema di allarme rapido che potrebbe salvare migliaia di vite, consentendo di diagnosticare, per esempio, tumori prima di quanto sia mai stato possibile prima (i quali altrimenti sarebbero difficili da rilevare in tempo).
Ora gli scienziati impegnati nel Progetto Na-Nose stanno lavorando ad una sua trasformazione in una App per Smartphone denominata “SniffPhone”, grazie al Programma Europeo “Horizon 2020” per il finanziamento della Ricerca e dell’Innovazione. L’App, una volta finalizzata, renderà ancora più facile ed immediata la diagnosi riducendo i tempi d’attesa per i risultati e permettendo di salvare sempre più vite.
Nakhleh MK et al. (2017). Diagnosis and classification of 17 diseases from 1404 subjects via pattern analysis of exhaled molecules. ACS nano, 11(1), 112-125.
Questa figura mostra lo schema secondo cui è stato condotto lo studio:
Sono stati prelevati due campioni di respiro da ciascun soggetto: uno è stato analizzato tramite gas cromatografia accoppiata a spettrometria di massa (GC-MS), per identificare e quantificare i composti organici volatili legati alla malattia, e l'altro è stato analizzato dal nuovo sistema, che ha prodotto una diagnosi clinica basata sull'impronta chimica del campione di respiro (breathprint).
Micaela Sasson
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