Votre haleine essaie de vous dire quelque chose - et pas seulement qu'il est temps d'ouvrir la bouteille de Listerine. Des centaines de composés chimiques se combinent dans votre bouche pour créer un rapport aussi unique qu'une empreinte digitale. En analysant ce ratio, les chercheurs ont mis au point un nouveau moyen puissant de détecter les signatures de diverses maladies, du cancer de la prostate à la maladie de Parkinson.
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Dans la revue American Chemical Society Nano, les chercheurs dévoilent aujourd'hui une matrice de capteurs qui identifie et capture l’empreinte respiratoire unique de 17 maladies différentes. Les chercheurs espèrent que leur gamme, qui utilise l'intelligence artificielle pour faire correspondre les niveaux et les ratios variables de 13 composés chimiques clés présents dans le souffle humain à différentes maladies, ouvrira la voie à un outil de diagnostic médical polyvalent. Après avoir examiné l'haleine de plus de 1 400 personnes, ils ont découvert que leur technique était capable de discriminer les maladies avec une précision de 86%.
La science derrière l'odeur du souffle d'une personne réside dans la série de composés chimiques organiques que nous rejetons régulièrement dans les airs à chaque rire, crier ou soupirer. Ces composés sont souvent marqués par les signes de changements biochimiques provoqués par des maladies spécifiques - un phénomène à la base du diagnostic respiratoire moderne. Le problème est qu’il ya beaucoup de bruit de fond à filtrer: dans un nuage de souffle expiré, vous verrez généralement des centaines de ces composés.
D'anciens médecins remontant à 400 ans avant JC savaient qu'il y avait quelque chose à glaner en reniflant le souffle d'une personne malade. Le célèbre médecin grec Hippocrate, entre autres, sentait l'haleine de ses patients pour découvrir ce qui les mettait mal à l'aise. (Pire encore, certains médecins sentaient l'urine ou les selles de leurs patients.) Nous sommes devenus légèrement plus sophistiqués depuis; l'analyse de l'haleine a été utilisée avec succès pour diagnostiquer la cirrhose du foie, le diabète et le cancer colorectal. Il existe même un journal dédié à la recherche sur le souffle .
Mais auparavant, ces efforts visaient principalement à détecter une seule maladie. Dans la nouvelle étude, Hossam Haick, expert en nanotechnologies à Technion - Institut de technologie israélien, et plusieurs dizaines de collaborateurs internationaux ont pour objectif de jeter les bases d’un outil de diagnostic général permettant d’identifier les signes de respiration de nombreuses maladies, notamment l’insuffisance rénale, le cancer du poumon, Maladie de Crohn, SP, cancer de la prostate et des ovaires, et plus encore. Leur tableau évalue d'abord l'abondance relative de chaque composé dans le souffle d'une personne, puis compare les signatures de maladie avec des individus en bonne santé.
«Nous avons un mélange de composés qui caractérisent une maladie donnée, et cette image est différente d’une maladie à l’autre», explique Haick. À l'aide d'une analyse par spectrométrie de masse, le groupe a d'abord identifié les signatures de composés spécifiques pour 17 maladies différentes. Ils ont ensuite échantillonné l'haleine de plus de 1 400 personnes, en utilisant un ensemble sensoriel de nanotubes de carbone et de particules d'or pour enregistrer le mélange de composés qu'ils ont exhalé. Une suite d'algorithmes informatiques a déchiffré ce que les données leur disaient de la présence ou de l'absence de chaque maladie.
C'est à ce moment que l'intelligence artificielle entre en jeu. «Nous pouvons enseigner au système qu'une empreinte respiratoire peut être associée à une maladie particulière», explique Haick, qui a co-dirigé l'étude. «Cela fonctionne de la même manière que nous utilisions des chiens pour détecter des composés spécifiques. Nous apportons quelque chose au nez d'un chien, et le chien va transférer ce mélange chimique en une signature électrique et le transmettre au cerveau, puis le mémoriser dans des régions spécifiques du cerveau… C'est exactement ce que nous faisons. Nous la laissons sentir une maladie donnée, mais au lieu d’un nez, nous utilisons des capteurs chimiques, et à la place du cerveau, nous utilisons des algorithmes. Ensuite, à l'avenir, il pourra reconnaître la maladie, car un chien pourrait reconnaître un parfum. "
Jonathan Beauchamp, physicien en environnement à l'institut Fraunhofer pour le génie des procédés et l'emballage en Allemagne, a déclaré que cette technologie constituait un moyen prometteur de dépasser un obstacle majeur dans l'analyse de l'haleine. «Les mêmes COV (composés organiques volatils) s’allument souvent comme marqueurs de nombreuses maladies», dit-il. "En effet, il est maintenant largement admis au sein de la communauté de recherche sur le souffle que des COV uniques pour des maladies spécifiques n'existent probablement pas."
Par conséquent, rechercher les concentrations de divers COV les uns par rapport aux autres, comme l'ont fait Haick et ses collègues, peut s'avérer la méthode de diagnostic la plus précise, ajoute-t-il. "Ces résultats démontrent une grande précision dans la distinction d'une maladie spécifique contre une autre ... La présente étude démontre clairement le pouvoir et les promesses de la technique de la matrice de nanoparticules d'or", a-t-il déclaré.
L'étude a impliqué des dizaines d'érudits basés dans 14 institutions de recherche de cinq pays différents. Les participants étaient également divers: l’âge moyen était de 55 ans; environ la moitié étaient des hommes et l'autre moitié étaient des femmes; et environ un tiers étaient des fumeurs actifs. Les participants ont été recrutés dans le monde entier aux États-Unis, en Israël, en France, en Lettonie et en Chine. «Le grand nombre de sujets sur des zones géographiques variées est vraiment une force clé de cette étude», déclare Cristina Davis, ingénieure en biomédecine qui dirige le laboratoire de bioinstrumentation de l'Université de Californie à Davis.
«Des essais cliniques plus importants comme celui-ci contribueront à repousser les limites de l'analyse du souffle et devraient permettre de développer des outils médicaux prometteurs pour la pratique clinique», ajoute Davis, qui n'a pas participé à l'étude. "Ils ont acquis de nouvelles connaissances en spectrométrie de masse et les ont couplées à la nouvelle sortie de leur capteur."
Haick espère que les tests généralisés de son équipe mèneront à une utilisation généralisée du nanosystème. Il dit qu’étant donné qu’il est abordable, non invasif et portable, il pourrait être utilisé pour le dépistage de nombreuses maladies. En dépistant même les personnes ne présentant aucun symptôme, un tel outil pourrait permettre les types d'interventions précoces menant à de meilleurs résultats.
Mais ce «nez» alimenté par l'IA pourrait également avoir des applications bien au-delà du diagnostic médical. Plusieurs entreprises l'ont déjà concédé sous licence pour d'autres applications, explique Haick. Parmi les nombreuses utilisations potentielles, il note que le réseau pourrait être utilisé pour le contrôle de la qualité en détectant la détérioration des aliments. Il pourrait également être utilisé pour la sécurité dans les aéroports en détectant les signatures chimiques des engins explosifs.
«Le système est extrêmement sensible et il vous suffit de le former à différents types d'applications», a-t-il déclaré.
