Naso elettronico: dall’esame del respiro possibile diagnosi di tumore

Il nostro naso è capace di rilevare più di un trilione di odori diversi nonostante sia fornito soltanto di qualche centinaio di recettori. Ancora più potente è il naso elettronico che al posto dei recettori olfattivi naturali ha una serie di sensori composti da nanotubi di carbonio circa 100mila volte più piccoli della larghezza di un capello e un ‘cervello’, elettronico appunto, che impiega la potenza dell’intelligenza artificiale.

Da anni si studia il modo per sfruttare questa potenza anche per la diagnosi precoce dei tumori e alcune ricerche – come quelle condotte dal Memorial Sloan Kettering Cancer Center di New York – hanno già dimostrato l’efficacia per il rilevamento dei tumori al pancreas e all’ovaio. Ma più di recente è emerso anche un altro filone di ricerca che è quello di sfruttare i composti organici volatili (VOC) individuati nel nostro respiro per diagnosticare il cancro.

A fare il punto della situazione è ora una metanalisi che cerca di capire quali sono i progressi fatti e se quest’approccio può effettivamente rendere più concreta una diagnosi oncologica con il naso elettronico.

Tumore del seno, con l’Intelligenza Artificiale la sensibilità della mammografia aumenta dell’11%

di

Irma D’Aria

22 Aprile 2022

Perché i Voc possono essere utili

I composti organici volatili che possono essere rilevati nel nostro respiro sono prodotti di degradazione dei processi biochimici nel corpo umano derivanti dagli idrocarburi come ad esempio formaldeide, metanolo, etanolo, solfato di idrogeno, benzene, acetaldeide, acetone, toluene, fenoli che vengono prodotti durante i processi metabolici, infiammatori e nello stress ossidativo.

La composizione dei Voc che esaliamo cambia in conseguenza di alcuni processi patologici, come il cancro. A causa della loro bassa solubilità nel sangue, i Voc si diffondono facilmente nell’area alveolare e vengono successivamente escreti attraverso il respiro, consentendone il rilevamento e anche il collegamento con alcune condizioni specifiche, incluso il cancro.

Un test facile e non invasivo

L’analisi del respiro presenta numerosi vantaggi rispetto a quello di altri campioni clinici. Il test del respiro è indolore e non invasivo. Inoltre, a differenza dei campioni di sangue e urina, i campioni di respiro non necessitano di alcuna elaborazione, consentendo analisi immediate e risultati rapidi.

I metodi per il rilevamento dei Voc

Il metodo più accurato per identificare i Voc è una combinazione di due esami, la gas cromatografia e la spettrometria di massa indicati con la sigla di GC-MS, un metodo altamente accurato che consente il rilevamento selettivo dei singoli Voc. Precedenti studi che utilizzavano la GC-MS sono riusciti ad identificare Voc potenzialmente specifici per la malattia come indicatori di diversi tumori maligni. Tuttavia, questo esame richiede tempo e denaro e può essere eseguito solo da esperti qualificati.

Il ruolo del naso elettronico

Una tecnica emergente relativamente nuova per l’analisi dei Voc nel respiro esalato può essere eseguita attraverso i nasi elettronici. Si tratta di test diagnostici portatili, economici e facili da usare in grado di produrre risultati rapidi.

Il rilevamento è possibile grazie ai minuscoli sensori posti all’interno dei nasi elettronici collegati ai Voc e capaci di generare una risposta elettronica che può essere misurata anche se, a differenza dell’esame GC-MS, i nasi elettronici non sono in grado di identificare i singoli Voc. Inoltre, l’accuratezza di questi dispositivi elettronici è influenzata da fattori endogeni ed esogeni, come comorbidità, fumo, dieta, indice di massa corporea e la qualità dell’aria ambiente, tutti fattori che possono alterare la tipologia di Voc rilevati nel respiro.

Precisione diagnostica in oncologia

Le rilevazioni dei composti ritrovati nel nostro respiro grazie al naso elettronico sono state ampiamente analizzate per capire se possono rappresentare uno strumento utile la diagnosi oncologica. I risultati ottenuti fino ad ora – anche se preliminari – sono considerati promettenti e incoraggianti per l’elevata precisione diagnostica, ma nella pratica clinica attualmnete non viene utilizzato alcun naso elettronico per rilevare tumori maligni.

La metanalisi

Non è attualmente disponibile alcuna revisione sistematica che fornisca un’analisi aggregata delle prestazioni diagnostiche dei nasi elettronici per l’individuazione del cancro. Questa meta-analisi è stata condotta su 52 studi di fattibilità per un totale di 3677 pazienti oncologici con vari tipi di tumori: polmone, testa e collo, gastrico, mammella, colon-retto, mesotelioma, cavità orale, ovaie e prostata.

Come funziona il naso elettronico

I nasi elettronici più comunemente inclusi nelle sperimentazioni per rilevare i Voc utilizzavano i sensori di ossido di metallo, oppure al quarzo o nanomateriali. Il tipo di naso elettronico più utilizzato è stato il Cyranose 320 che rappresenta una Il metodica innovativa biomimetica in grado di simulare il sistema olfattivo umano nel verificare la qualità degli odori attraverso l’utilizzo di un sistema di nano-sensori in combinazione con specifici algoritmi di rielaborazione.

Lo strumento è in grado di rilevare composti organici volatili (VOCs) attraverso la definizione di un profilo specifico: infatti il campione viene analizzato da 32 sensori in cui viene registrata la modificazione della conduttività elettrica rispetto ad un campione di riferimento.

L’aria esalata, contiene più di 200 sostanze organiche volatili (VOCs) presenti in tracce, molte delle quali derivanti dal metabolismo di sostanze endogene ed altre provenienti da contaminazioni esterne (composti xenobiotici) dell’aria espirata, rappresenta un nuovo approccio per la valutazione di alterazioni metaboliche legate a diverse malattie, come per esempio il tumore polmonare, l’asma e la fibrosi cistica.

Nasi con sensibilità al 90%

“I risultati di questa revisione sistematica – spiega Max Scheepers della Grow School for Oncology and Developmental Biology presso l’Università di Maastricht – indicano che i nasi elettronici hanno un’accuratezza diagnostica relativamente alta nell’individuazione del cancro attraverso il respiro esalato”.

Al termine dell’elaborazione dei dati aggregati è emerso che i nasi hanno una sensibilità del 90% e una specificità dell’87% nel rilevamento del cancro. Tuttavia, il limite è che si tratta di studi di fattibilità con campioni di piccole dimensioni, mancanza di standardizzazione e un alto rischio di bias. “Sono necessari – prosegue Scheepers – studi di convalida esterni multicentrici e con numeri più significativi per stabilire il reale potenziale dei nasi elettronici nell’analisi diagnostica del cancro”.