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Nanoarray huele hacia fuera y distingue ‘breathprints’ de enfermedades múltiples

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Un equipo internacional de 63 científicos en 14 departamentos clínicos ha identificado un “breathprint único” para 17 enfermedades con la exactitud del 86% y ha diseñado un no invasor, barato, y el dispositivo portátil miniaturizado que defiende muestras de la respiración para clasificar y para diagnosticar varios tipos de enfermedades, divulgan en un papel del abierto-acceso en el diario ACS nano.

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Desde alrededor 400 A.C., los doctores diagnosticaron algunas enfermedades oliendo la respiración exhalada de un paciente, que contiene el nitrógeno, el dióxido de carbono, el oxígeno, y una pequeña cantidad de más de 100 otros componentes químicos volátiles. Las cantidades relativas de estas sustancias varían dependiendo del estado de la salud de una persona. Por ejemplo, la diabetes crea un olor dulce de la respiración. Más recientemente, varios equipos de científicos han desarrollado analizadores experimentales de la respiración, pero la mayor parte de estos instrumentos se centran en una enfermedad, tal como diabetes y melanoma, o algunas enfermedades.

Detección de 17 enfermedades

Los investigadores desarrollaron un arsenal de sensores del nanoscale para detectar los componentes individuales en millares de muestras de la respiración recogieron a partir de 1404 a los pacientes que eran sanos o tenían uno de diverso diseases* 17, tal como cáncer del riñón o enfermedad de Parkinson.

El equipo utilizó la espectrometría de masa para identificar los componentes de la respiración asociados a cada enfermedad. Analizando los resultados con las técnicas de la inteligencia artificial (clasificadores binarios), el equipo encontró que cada enfermedad produce un breathprint único, sobre la base de cantidades de diferenciación de 13 componentes orgánicos volátiles de la sustancia química (VOC). También mostraron que la presencia de una enfermedad no prevendría la detección de otras — un requisito previo para desarrollar un dispositivo práctico para defender y para diagnosticar diversas enfermedades.

De acuerdo con la investigación, el equipo diseñó una capa orgánica que funciona como una capa de detección (elemento del reconocimiento) para VOCs fijado por adsorción y un nanoarray eléctricamente conductor basada en capas resistentes de nanoparticles molecular modificados del oro y una red al azar de los nanotubes de un sólo recinto del carbono. Los nanoparticles y los nanotubes tienen diversos modelos de la conductividad eléctrica asociados a diversas enfermedades. **

Los autores recibieron la financiación del ERC y del LCAOS del programa de la base de la unión europea séptima para la investigación y el desarrollo tecnológico, del programa de EuroNanoMed debajo de VOLGACORE, y del consejo letón de la ciencia.

* cáncer de pulmón, cáncer colorrectal, cáncer de cabeza y cuello, cáncer ovárico, cáncer de vejiga, cáncer de próstata, cáncer del riñón, cáncer gástrico, la enfermedad de Crohn, colitis ulcerosa, síndrome de intestino irritable, Parkinson idiopático, parkinsonismo anormal, esclerosis múltiple, hipertensión arterial pulmonar, pre-eclampsia, y enfermedad de riñón crónica.

** Durante la exposición a las muestras de la respiración, interacción entre los componentes del VOC y la capa de detección orgánica cambia la resistencia eléctrica de los sensores. El cambio relativo de la resistencia del sensor en el pico (principio), el centro, y el final de la exposición, así como el área debajo de la curva de la medida entera fueron medidos. Todas las muestras de la respiración identificadas por el AI nanoarray también fueron examinadas usando una técnica analítica laboratorio-basada independiente: cromatografía de gas ligada a espectrometría de masa.

Extracto de la diagnosis y de la clasificación de 17 temas de las enfermedades a partir de 1404 vía el análisis de modelo de las moléculas Exhaled

Divulgamos sobre un nanoarray artificial inteligente basada en nanoparticles molecular modificados del oro y una red al azar de los nanotubes solo-emparedados del carbono para la diagnosis y la clasificación no invasores de varias enfermedades de la respiración exhalada. El funcionamiento de este nanoarray artificial inteligente fue evaluado clínico en muestras de la respiración recogió a partir de 1404 los temas que tenían una de 17 diversas condiciones de la enfermedad incluidas en el estudio o que no tenían ninguna prueba de cualquier enfermedad (controles sanos). Los experimentos ciegos mostraron que la exactitud del 86% se podría alcanzar con el nanoarray artificial inteligente, permitiendo la detección y la discriminación entre las diversas condiciones de la enfermedad examinara. El análisis del nanoarray artificial inteligente también mostró que cada enfermedad tiene su propio breathprint único, y que la presencia de una enfermedad no defendería hacia fuera otras. El análisis de racimo mostró un poder razonable de la clasificación de enfermedades de las mismas categorías. El efecto de confundir factores clínicos y ambientales sobre el funcionamiento del nanoarray no alteró perceptiblemente los resultados obtenidos. El poder de la diagnosis y de la clasificación del nanoarray también fue validado por una técnica analítica independiente, es decir, cromatografía de gas ligada a espectrometría de masa. Este análisis encontró que 13 exhalaron las especies químicas, llamadas los compuestos orgánicos volátiles, se asocia a ciertas enfermedades, y la composición de este montaje de compuestos orgánicos volátiles diferencia a partir de una enfermedad a otra. Totales, estos hallazgos podrían contribuir a uno de los criterios más importantes para la intervención acertada de la salud en las herramientas modernas de la era, viz fáciles de usar, baratas (asequible), y miniaturizada que se podrían también utilizar para la investigación, la diagnosis, y la continuación personalizadas de varias enfermedades, que se pueden ampliar claramente por el desarrollo adicional.