До того как стали доступны современные методы медицинских лабораторных исследований, врачи нередко ставили диагноз некоторых заболеваний, нюхая выдыхаемый пациентом воздух. Ученые в течение многих лет работали над созданием аналитических инструментов, которые смогли бы имитировать эту способность определять болезнь по запаху. Недавно исследователи сообщили в журнале ACS Nano, что они выявили наличие уникального «отпечатка дыхания» для каждого заболевания. Используя эту информацию, они создали устройство, анализирующее образцы выдыхаемого воздуха, чтобы классифицировать и диагностировать несколько различных типов заболевания.
Выдыхаемый воздух содержит азот, углекислый газ и кислород, а также небольшие количества более 100 других химических веществ. Относительная концентрация каждого из этих веществ различается в зависимости от состояния здоровья человека. Еще в 400 году до нашей эры Гиппократ советовал своим ученикам принюхиваться к дыханию пациентов, чтобы обнаружить признаки заболеваний, таких как, например, диабет, создающий сладкий запах. В последние годы ученые создали ряд экспериментальных анализаторов дыхания, но большинство из этих инструментов были сфокусированы на одном типе заболеваний, а именно на раковых заболеваниях. В отличие от них Хоссам Хаик и группа его коллег из 14 клиник по всему миру в своей работе ставили цель создать анализатор дыхания, который смог бы различать многочисленные заболевания.
Исследователи разработали решетку из наноразмерных датчиков для обнаружения тех или иных компонентов в тысячах проб выдыхаемого воздуха, взятых как у здоровых людей, так и у пациентов с 17 различными заболеваниями, в том числе раком почки и болезнью Паркинсона. На основе анализа полученных результатов с помощью методов искусственного интеллекта, ученые смогли использовать эту решетку для классификации и диагностики различных болезней. Они применяли масс-спектрометрию для выявления тех компонентов дыхания, которые связаны с заболеваниями.
Исследователям удалось обнаружить, что каждая болезнь имеет уникальный летучий «отпечаток дыхания», основанный на различных концентрациях 13 компонентов. Опыты также показали, что наличие одного заболевания не будет мешать выявлению другого, что стало предпосылкой для разработки практического устройства для выявления и диагностики различных заболеваний, причем неинвазивного, недорогого и портативного.