Dmuchasz i już wiedzą, czy masz raka płuc. Innowacyjny system

Gdy ludzki organizm rozkłada tłuszcze w procesie zwanym metabolizmem cholesterolu lipolitycznego, w wydychanym powietrzu uwalnia się izopren. To najpowszechniej występujący węglowodór pochodzenia roślinnego oraz produkowany przez ssaki, stanowiący do 70 proc. ilości węglowodorów w powietrzu wydychanym przez człowieka. Pomiar jego stężenia jest łatwy do przeprowadzenia i może być wykorzystywany do badania różnych zjawisk metabolicznych w organizmie, np. zaburzeń gospodarki tłuszczami.

Jak przekonuje zespół naukowców z Uniwersytetu Zhejiang w Chinach, można go też wykorzystać do wykrywania raka płuc, a mówiąc precyzyjniej jego obniżony poziom w wydychanym powietrzu może sygnalizować obecność choroby. Ale jak to stwierdzić? Zwłaszcza że wykrywanie bimarkerów w oddechu obarczone jest pewnymi wyzwaniami - system musi umieć rozróżnić lotne substancje chemiczne, wytrzymać naturalną wilgotność wydychanego powietrza oraz wykryć niewielkie ilości określonych związków chemicznych.  

W przypadku izoprenu potrzebne są też czujniki zdolne do wykrycia poziomu tego związku na poziomie części na miliard (PPB, ang. parts per billion). Badacze skoncentrowali się na dopracowaniu sensorów na bazie nanopłatków tlenku indu, które spełniałyby te kryteria. Po przeprowadzeniu kilku eksperymentów udało im się stworzyć sensor na bazie tlenku metalu zawierającego platynę (Pt), ind (In) i nikiel (Ni).

Ten typ materiału, nazwany Pt@InNiOx, wykazał ultraczułość i był w stanie wykrywać poziomy izoprenu już od dwóch PPB. Sensor reagował bardziej na izopren niż na inne związki występujące w ludzkim oddechu i działał stabilnie w czasie testów. Obejmowały one wbudowanie nanopłatków Pt@InNiOx do przenośnego urządzenia, które następnie wykorzystano do badania próbek oddechu od 13 uczestników, w tym pięciu chorych na raka płuc. Urządzenie wykryło poziomy izoprenu niższe niż 40 ppb u uczestników z rakiem oraz powyżej 60 ppb u uczestników zdrowych.

To odkrycie może oznaczać większe szanse na wcześniejsze, łatwiejsze i znacznie tańsze wykrywanie raka płuc niż w przypadku tradycyjnych metod, które są zazwyczaj stosowane dopiero, gdy pacjenci wykazują niepokojące objawy. Światowa Organizacja Zdrowia odnotowała w 2020 roku, że rak płuc spowodował 1,8 miliona zgonów na świecie, a wczesne wykrywanie za pomocą takich metod mogłoby znacząco przyczynić się do zapobiegania im.

Warto zaznaczyć, że artykuł naukowców, opublikowany w czasopiśmie ACS Sensors, opierał się na stosunkowo małej grupie testowej. Zespół badawczy podkreślił też, że konieczne są dalsze badania nad materiałami do wykrywania, dodatkowa analiza danych, integracja technologii w urządzeniach przenośnych oraz głębsze badania nad zależnością między izoprenem w oddechu a rakiem płuc, zanim metoda ta stanie się dostępna komercyjnie. Niemniej osiągnięcie jest imponujące i otwiera drogę do dalszych badań nad analizą oddechu.

***

Bądź na bieżąco i zostań jednym z 90 tys. obserwujących nasz fanpage - polub Geekweek na Facebooku i komentuj tam nasze artykuły!