以色列理工大學(xué)化學(xué)工程系的霍薩姆·海克教授及其研究小組開發(fā)出一種納米電子鼻，只需檢測患者呼出的氣體即可發(fā)現(xiàn)癌癥和腎衰竭等疾病，為這些疾病的早期防治開辟了一條新途徑。
他們開發(fā)的是一種利用呼氣微粒檢測癌癥的新型呼氣檢測技術(shù)，能對患者的健康狀況進(jìn)行即時診斷，其核心部分是一個嵌入了金納米顆粒的碳基感應(yīng)器，來檢測病人是否患上了肺癌。雖然呼氣微粒分析法對于癌癥診斷來說并不是一個新工具，但此次發(fā)明的新方法首次實現(xiàn)了無需預(yù)先處理患者呼出的氣體即可檢測出癌癥。
當(dāng)患者對設(shè)備進(jìn)行呼氣時，呼氣中的顆粒就會積聚在碳層中，感應(yīng)器膨脹推動金納米顆粒相互接近，因此改變了薄膜的阻抗。而每種顆粒均具有獨特的阻抗效應(yīng)，這可通過感應(yīng)器的電流變化來進(jìn)行測量。海克稱，用戶可在設(shè)備的顯示板上看到一個指數(shù)，該指數(shù)表明該人是否健康或罹患癌癥。
將新感應(yīng)器插入一個呼吸測試設(shè)備后，研究人員就可進(jìn)行一系列的測試以達(dá)到校準(zhǔn)的目的。研究團(tuán)隊招募了96名志愿者，其中40名是健康人群，另外56名是肺癌患者。研究人員使用這些志愿者的呼氣樣本，通過感應(yīng)器識別出哪些生物標(biāo)記可集中作為肺癌的準(zhǔn)確跡象。經(jīng)過校準(zhǔn)后和再測試后，研究人員發(fā)現(xiàn)該設(shè)備即可可靠地區(qū)分出健康人員和癌癥患者的呼氣。目前，研究人員已開始在處于疾病不同階段的人群中展開大規(guī)模測試，并準(zhǔn)備在兩三年內(nèi)開展臨床試驗。
初步試驗表明，金納米感應(yīng)器不僅能檢測出癌癥的不同階段，還能檢測其他諸如肝功能衰竭等疾病。研究人員還使用這種電子鼻對培養(yǎng)皿中生長的克隆細(xì)胞進(jìn)行了測試，結(jié)果表明感應(yīng)器能嗅探出呼氣中已知的化合物，但無法檢出其他與肺癌相關(guān)的揮發(fā)性有機物，這也意味著人體內(nèi)通過代謝制造出了更多的揮發(fā)性有機物。海克等人正在努力探尋這些揮發(fā)性有機物，希望藉此能夠獲得對肺癌的更多新認(rèn)識以找到治療方法。
研究顯示，當(dāng)惡性腫瘤在體內(nèi)形成并發(fā)育時，其細(xì)胞在血液和尿液中會產(chǎn)生某種化學(xué)標(biāo)記，這些化學(xué)物質(zhì)隨血液進(jìn)入肺部，然后通過呼吸排出體外。這種以金納米粒子作為基本探測單元的電子鼻，可“嗅出”與肺癌和慢性腎衰竭有關(guān)的化學(xué)標(biāo)記分子而發(fā)現(xiàn)疾病。
實驗中，海克教授及其研究小組對實驗鼠進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在實驗鼠呼出的27種揮發(fā)性有機物中，有5種物質(zhì)可以作為檢驗?zāi)I病的化學(xué)標(biāo)記。
海克及其團(tuán)隊目前還在更多的志愿者身上開展測試，以考慮諸如飲食、酒精和基因等其他因素的影響。由于該項醫(yī)療創(chuàng)新在便捷性上的突破，研究人員聲稱，全面的臨床試驗也許沒有必要等到醫(yī)院萬事俱備的時候。另外，他們還將使用可模擬癌細(xì)胞及健康呼氣的“人工混合物”顆粒來檢驗該設(shè)備的精確度。他們下一步的研究重點是如何利用電子鼻區(qū)別不同類型的腎病及病變所處的不同階段，同時進(jìn)一步縮小探測裝置的尺寸，最終使其做得像手機一樣大小，為醫(yī)務(wù)人員早期發(fā)現(xiàn)癌癥和腎病提供一種低成本、簡便易行的檢測手段。
英國帝國理工學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程師托尼·卡斯認(rèn)為，此項技術(shù)具有非常好的前景，但他對繞過臨床試驗的想法持保留意見。他告誡說，在現(xiàn)實生活中過于簡單的癌癥診斷蘊含著極大的危險。使用感應(yīng)器陣列和化學(xué)計量等這些方法的特性本身就需要在真實病患的樣本上進(jìn)行復(fù)雜的評估。不過，該設(shè)備對于早期監(jiān)測患者對治療的反應(yīng)上可得到應(yīng)用，亦可用于排除在早期階段與肺癌癥狀相似的其他疾病，如慢性阻塞性肺炎。
據(jù)世界衛(wèi)生組織調(diào)查，肺癌每年可導(dǎo)致130萬人死亡，超過所有癌癥相關(guān)死亡人數(shù)的1/4。在美國，有2600萬成年人患慢性腎衰竭，另有數(shù)百萬人因這種病的發(fā)病率上升而面臨很大威脅。目前，檢驗?zāi)I病的方法以侵入式為主，且準(zhǔn)確率較低;腎切片檢查雖更加可靠，但容易造成感染和出血。使用這種新型電子鼻進(jìn)行檢測，不僅快捷方便，還可減輕患者的痛苦。通過在“揮發(fā)性有機化合物”和各種類型的肺癌之間建立關(guān)聯(lián)，呼氣檢測法是一種經(jīng)確認(rèn)的、非侵入性方法。目前，此方法的缺陷是其需要使用諸如質(zhì)譜儀和紅外光譜等技術(shù)來搜集和分析樣本。