Non è la prima volta che si discute di qualcosa del genere e abbiamo già un sistema di diagnosi dell’etilometro: i cani. I cani possono rilevare una serie di malattie, dal cancro al COVID-19 ad altre malattie. Il motivo è che molte malattie hanno un odore distinto che può essere ‘raccolto’.
“Molte malattie provocano un cambiamento nella composizione dei gas organici volatili in tracce nell’aria espirata che possono essere utilizzati come biomarcatori“, spiega la Dr.ssa Jessy Schönfelder, ricercatrice associata al Fraunhofer MEOS. “Spesso è una combinazione di diversi gas in tracce in una concentrazione significativamente elevata o significativamente ridotta che è caratteristica di una specifica malattia. Questa combinazione è nota come impronta digitale VOC o pattern VOC“.
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I cani, ovviamente, sono straordinari nel captare gli odori, ma Schönfelder e colleghi stanno lavorando su un approccio diverso: costruire attrezzature che rilevano le malattie, proprio come fanno i cani.
Attualmente i ricercatori stanno lavorando a uno speciale spettrometro che potrebbe identificare i modelli di COV associati a malattie, in particolare il cancro. Poiché ogni persona espira circa 200 COV, non è affatto un compito facile.
La tecnologia è scalabile in molte direzioni diverse e può essere utilizzata per rilevare un’ampia gamma di malattie.
“C’è un enorme potenziale per i sistemi di sensori nell’analisi dei gas respiratori”, spiega Schönfelder. “La tecnologia non è invasiva, è sensibile e selettiva. Ed è veloce, economica e e portatile, quindi non c’è motivo per cui non dovrebbe essere utilizzata negli studi medici e negli Ospedali. Il prodotto finito avrà le dimensioni di una scatola da scarpe”.
La chiave è costruire un dispositivo che identifichi meticolosamente i biomarcatori uno per uno. Per raggiungere questo obiettivo, Schönfelder e colleghi stanno costruendo un chip FAIMS (spettrometria di mobilità ionica asimmetrica ad alto campo) miniaturizzato. Il sistema microelettromeccanico (MEMS) comprende un filtro ionico e un rilevatore. Il dispositivo dispone anche di una lampada UV. In primo luogo, i COV, trasportati da un gas di trasporto, vengono pompati nello spettrometro, dove vengono ionizzati mediante luce UV. In altre parole, vengono trasformati in molecole cariche. “Questi vengono quindi inviati al chip FAIMS, che è stato sviluppato da Fraunhofer IPMS”, afferma Schönfelder. “Viene quindi applicata una tensione alternata agli elettrodi del filtro. Regolando la tensione al filtro, è possibile controllare quali COV arrivano al rilevatore. Questo genera un’impronta digitale VOC, che ci consente di identificare la malattia che stiamo cercando “.
Sono già state effettuate misure di riferimento con i sistemi cellulari, ma è necessario ulteriore lavoro prima che la tecnologia possa essere testata in un contesto clinico.
Oltre ai sensori fisici e agli analizzatori, i ricercatori stanno anche lavorando al software per l’etilometro. In particolare, un algoritmo di intelligenza artificiale in grado di analizzare e distinguere tra diverse firme di biomarcatori. “Ogni misurazione genera mezzo milione di letture“, spiega Schönfelder. “Quindi vogliamo utilizzare l’apprendimento automatico per analizzare questo enorme volume di dati. L’algoritmo viene addestrato utilizzando campioni di soggetti sani e malati di cancro. I risultati di tali misurazioni sono disponibili entro pochi minuti. E possiamo ben immaginare che il nostro spettrometro per mobilità ionica (una tecnica analitica usata tra l’altro, per la rilevazione di composti presenti nell’atmosfera, esplosivi, gas …) potrebbe un giorno essere utilizzato per controllare i passeggeri delle compagnie aeree in modo da determinare se sono infetti dal coronavirus“.
In definitiva, si spera che questo tipo di sistema possa persino offrire un’indicazione anticipata di malattie neurodegenerative come l’Alzheimer. Questa strategia non è solo più veloce di un esame del sangue, ma è anche meno invasivo poiché richiede semplicemente che il paziente espiri in un tubo.
