Обнаружение рака по дыханию ⇐ Васина Википедия

[wiki_en]

«Обнаружение рака по дыханию» — это подход к скринингу рака, который использует анализ летучих органических соединений (ЛОС) в выдыхаемом воздухе для выявления наличия злокачественных опухолей. Раковые клетки изменяют нормальные метаболические процессы в организме, создавая характерные паттерны ЛОС, которые можно обнаружить в образцах дыхания, собранных неинвазивным способом. Исследования в этой области начались в 1980-х годах и значительно расширились благодаря достижениям в области аналитической химии, машинного обучения и использованию дрессированных животных в качестве платформ для обнаружения.

В отличие от традиционных методов скрининга, таких как маммография, колоноскопия или низкодозная компьютерная томография, обнаружение рака по дыханию не требует оборудования для визуализации, забора крови или физической подготовки. Это сделало его областью активных клинических исследований в качестве потенциального инструмента первого прохода для раннего выявления рака | выявления рака на ранней стадии у бессимптомных людей.

== Фон ==

=== Производство ЛОС при раке ===

Летучие органические соединения представляют собой химические вещества на основе углерода, которые испаряются при комнатной температуре и присутствуют в выдыхаемом человеком воздухе в следовых концентрациях, обычно в диапазоне от частей на миллиард до частей на триллион. Здоровые люди выдыхают базовую смесь ЛОС, образующуюся в результате нормального клеточного метаболизма. У онкологических больных этот профиль меняется.

Раковые клетки демонстрируют измененную метаболическую активность, включая усиление окислительного стресса и нарушение клеточного дыхания, что приводит к образованию побочных продуктов ЛОС, отсутствующих в здоровых тканях в тех же концентрациях. Эти соединения попадают в кровоток через капиллярную сеть легких и впоследствии выдыхаются, создавая обнаруживаемые молекулярные сигнатуры в образцах дыхания. Конкретные классы ЛОС, связанные с метаболическими изменениями, связанными с раком, включают алканы, производные бензола и альдегиды, и более 2000 ЛОС были идентифицированы в различных жидкостях организма. «Биомедицинский журнал». 2023;46(4):100623.
Первое зарегистрированное клиническое наблюдение, предполагающее, что рак производит заметный запах, произошло в 1989 году, когда в опубликованном отчете о случае описывалась собака, неоднократно исследовавшая поражение меланомы на коже своего владельца, что позволило поставить диагноз.Уильямс Х., Пембрук А. Собаки-ищейки в клинике меланомы? «Ланцет». 1989;333(8640):734.
== Методы обнаружения ==

=== Подходы аналитической химии ===

Самые ранние систематические подходы к анализу ЛОС в выдыхаемом воздухе использовали лабораторные методы, включая газовую хроматографию-масс-спектрометрию (ГХ-МС), которые разделяют и идентифицируют отдельные соединения ЛОС с высокой точностью. ГХ-МС использовалась для характеристики профилей ЛОС, связанных с раком легких и другими злокачественными новообразованиями.Phillips M, et al. Летучие органические соединения в дыхании как маркеры рака легких: перекрестное исследование. «Ланцет». 1999;353(9168):1930–1933.
Последующие технологии обнаружения включали спектрометрию ионной подвижности, масс-спектрометрию реакции переноса протона и колориметрические сенсорные матрицы. Эти подходы направлены на выявление закономерностей ЛОС, а не отдельных соединений, что позволяет проводить более быстрый и менее трудоемкий анализ.

=== Электронные носовые устройства ===

Технология электронного носа (e-nose) использует массивы химических датчиков для обнаружения широкого спектра ЛОС в выдыхаемом воздухе, имитируя функцию биологических обонятельных систем. В многоцентровом проверочном исследовании, опубликованном в журнале «CHEST», приняли участие 575 субъектов, и оно продемонстрировало, что характер выдыхаемого дыхания может адекватно отличать пациентов с немелкоклеточным раком легкого от контрольной группы с чувствительностью 95% и отрицательной прогностической ценностью 94%, когда данные дыхания сочетались с клиническими переменными.Kort S, et al. Диагностика немелкоклеточного рака легких путем определения профиля выдыхаемого воздуха с помощью электронного носа: многоцентровое валидирующее исследование. ''ГРУДЬ''. 2023;163(3):697–706.
=== Обнаружение собак ===

Собаки обладают значительно большим количеством обонятельных рецепторов, чем люди — от 220 до 300 миллионов по сравнению с примерно 5-6 миллионами у людей — и могут улавливать запахи при концентрации частей на триллион. Эти анатомические и физиологические характеристики лежат в основе исключительной способности обнаруживать запахи, что сделало обученных собак объектом интереса в исследованиях по обнаружению рака на основе ЛОС. Начиная с официальных исследований в начале 2000-х годов, исследователи установили, что обученные собаки могут идентифицировать профили ЛОС, связанные с раком, в образцах дыхания, мочи и тканей с клинически значимой точностью.Lippi G, Heaney LM. «Обонятельный отпечаток пальца»: можно ли улучшить диагностику, объединив собачий и пальцевый носы? «Клиническая химия и лабораторная медицина». 2020;58(6):958–967.
Исследование 2006 года, опубликованное McCulloch et al. в журнале «Интегративная терапия рака». продемонстрировали, что обученные собаки могут обнаруживать рак легких в образцах дыхания с чувствительностью 99% и специфичностью 99%, а также рак молочной железы с чувствительностью 88% и специфичностью 98%. Последующие исследования распространили эти результаты на рак прямой кишки, простаты и яичников.McCulloch M, et al. Диагностическая точность обнаружения собачьего запаха при раке легких и молочной железы на ранних и поздних стадиях. «Интегративная терапия рака». 2006;5(1):30–39.
Бушевский и др. (2012) обнаружили, что обученные собаки могут различать образцы дыхания людей с диагнозом рака легких и контрольной группы без рака, достигая чувствительности и специфичности 82% для каждого, при этом наблюдается положительная корреляция между показаниями собак и наличием определенных соединений в выдыхаемом воздухе.Buszewski B, et al. Идентификация летучих маркеров рака легких методом газовой хроматографии-масс-спектрометрии: сравнение с дискриминацией собак. «Аналитическая и биоаналитическая химия». 2012;404:141–146.
Хорват и др. (2013) продемонстрировали, что обученные собаки могут обнаруживать клинический рецидив рака яичников у 42 женщин, получавших химиотерапию, достигая чувствительности 97% и специфичности 99%.Хорват Г., Андерссон Х., Немес С. Запах рака в крови больных раком яичников: ретроспективное исследование обнаружения собаками во время лечения, через 3 и 6 месяцев после него. «Рак BMC». 2013;13:396.
Исследование Guerrero-Flores et al., проведенное в 2017 году. сообщили, что обученная гончая может идентифицировать ЛОС, специфичные для рака шейки матки, в мазках шейки матки и образцах адсорбирующего материала с чувствительностью и специфичностью выше 90%, используя двойную слепую процедуру.Guerrero-Flores H, et al. Неинвазивный инструмент для обнаружения запаха рака шейки матки обученными собаками по запаху. «Рак BMC». 2017;17:79.
Фейл и др. (2021) оценили способность обученной собаки выявлять рак легких с использованием комбинированных образцов дыхания и мочи, с общим уровнем обнаружения 97,6% (95% ДИ 87,1–99,9%). При использовании только проб дыхания уровень обнаружения составил 78%.Feil C, et al. Собаки-ищейки могут идентифицировать больных раком легких по образцам дыхания и мочи. «Рак BMC». 2021;21:917.
Ортал и др. (2022) опубликовали в «Научных отчетах» исследование, подтверждающее концепцию, демонстрирующее, что обученная собака может обнаруживать специфичные для остеосаркомы профили ЛОС в линиях раковых клеток с чувствительностью и специфичностью от 95% до 100%, а также может отличать образцы слюны остеосаркомы от двух пациентов от здоровых людей из контрольной группы. Авторы отметили, что полученные результаты требуют проверки на более крупных когортах пациентов.Ortal A, et al. Подтверждение концепции использования обученных собак-ищейок для выявления остеосаркомы. «Научные отчеты». 2022;12:6911.
Существенным методологическим ограничением исследований по выявлению собак является отсутствие стандартизированных протоколов сбора выдыхаемого воздуха, обработки проб, дрессировки собак и интерпретации результатов, что затрудняет перекрестные сравнения исследований.

=== Гибридные платформы био-ИИ ===

Более поздние исследования объединили обнаружение запахов собак с искусственным интеллектом, чтобы устранить ограничения последовательности и масштабируемости более ранних подходов. Эти гибридные платформы био-ИИ используют массивы датчиков для регистрации поведенческих и физиологических реакций обученных собак-детекторов в режиме реального времени, когда они оценивают образцы дыхания. Алгоритмы машинного обучения затем обрабатывают эти сигналы для генерации стандартизированных, воспроизводимых результатов, уменьшая зависимость от интерпретации отдельного обработчика.

В 2024 году проспективное двойное слепое клиническое исследование, опубликованное в журнале «Scientific Reports» (Nature Portfolio), оценило одну такую платформу, разработанную SpotitEarly, американской биотехнологической компанией. В исследовании приняли участие 1386 участников и оценивалась способность платформы обнаруживать рак в образцах выдыхаемого воздуха, собранных дома. Система продемонстрировала чувствительность 93,9% (95% ДИ 90,3–96,2%) и специфичность 94,3% (95% ДИ 92,7–95,5%) при раке молочной железы, легких, предстательной железы и колоректальном раке, в том числе на ранних стадиях заболевания.Half E, et al. Неинвазивный скрининг множественных раковых заболеваний с использованием обученных собак-распознавателей и искусственного интеллекта: проспективное двойное слепое исследование. «Научные отчеты». 2024;14:28204. ПМЦ 11568277.
== Клинические данные по типам рака ==

=== Рак легких ===

Рак легких был наиболее широко изученным типом рака в исследованиях ЛОС в выдыхаемом воздухе, отчасти из-за биологической достоверности обнаружения злокачественных новообразований легких в выдыхаемом воздухе. Исследование 2012 года, опубликованное в «Европейском респираторном журнале», выявило рак легких в образцах дыхания с чувствительностью 71% и специфичностью 93% при обнаружении у собак. Многочисленные последующие исследования с использованием как обнаружения собак, так и технологии электронного носа показали, что значения чувствительности и специфичности превышают 90% в контролируемых условиях.Ehmann R, et al. Обнаружение собачьего запаха при диагностике рака легких: новый взгляд на загадочный феномен. «Европейский респираторный журнал». 2012;39(3):669–676.
=== Рак молочной железы ===

Исследования с использованием обученных собак для оценки образцов дыхания пациентов с раком молочной железы показали чувствительность от 80% до 95% и специфичность выше 90%.McCulloch M, et al. Диагностическая точность обнаружения собачьего запаха при раке легких и молочной железы на ранних и поздних стадиях. «Интегративная терапия рака». 2006;5(1):30–39.
=== Колоректальный рак ===

Исследование 2011 года, проведенное Sonoda et al. опубликованные в журнале «Gut» продемонстрировали, что обученная собака может обнаружить колоректальный рак по образцам дыхания с чувствительностью 91% и специфичностью 99%, что сравнимо с установленной колоноскопической диагностикой. Неколоноскопические методы колоректального скрининга, одобренные регулирующими органами и клинически используемые, включают тесты кала, такие как иммунохимический тест кала, и тесты ДНК кала, такие как Cologuard.Sonoda H, et al. Скрининг колоректального рака с использованием запахового материала путем обнаружения запаха собаки. ''Кишка''. 2011;60(6):814–819. ПМК 3095480.
=== Рак простаты ===

В многочисленных исследованиях оценивалось обнаружение рака простаты у собак в образцах мочи, при этом в нескольких исследованиях сообщалось о чувствительности и специфичности выше 90%. Обнаружению рака простаты по дыханию уделялось меньше внимания в исследованиях, чем по анализу мочи.Cornu JN, et al. Обонятельное обнаружение рака простаты у собак, нюхающих мочу: шаг вперед в ранней диагностике. «Европейская урология». 2011;59(2):197–201.
== Стандартизация и проблемы ==

Постоянной темой в исследованиях по обнаружению рака с помощью дыхания является сложность стандартизации протоколов исследований. Ключевые переменные, которые влияют на профили ЛОС в выдыхаемом воздухе, включают диету, использование лекарств, воздействие окружающей среды, историю курения, время сбора проб и технику сбора выдыхаемого воздуха. Отсутствие подтвержденных эталонных стандартов для многих ЛОС, связанных с раком, затруднило сравнение результатов в разных лабораториях и клинических условиях.Amann A, et al. Летучие вещества человека: летучие органические соединения (ЛОС) в выдыхаемом воздухе, кожных выделениях, моче, фекалиях и слюне. «Журнал исследований дыхания». 2014;8(3):034001.
Систематический обзор 2015 года выявил 73 исследования по анализу дыхания для выявления рака и обнаружил, что, хотя многие из них достигли высоких диагностических результатов, в одном из четырех исследований не было соответствующей статистической поправки на переобучение, что вызывает обеспокоенность по поводу показателей точности, сообщаемых в небольших исследованиях.Krilaviciute A, et al. Обнаружение рака по выдыхаемому воздуху: систематический обзор. «Онкотаргет». 2015;6(36):38643–38657. ПМЦ 4770726.
По состоянию на 2026 год крупные органы здравоохранения, включая Управление по контролю за продуктами и лекарствами США, не получили одобрения регулирующих органов на обнаружение рака по дыханию в качестве инструмента клинического скрининга. Платформы, работающие в США, могут получить сертификацию CLIA, которая регулирует стандарты лабораторных испытаний, в качестве пути к клиническому использованию.

== Текущие исследования и платформы ==

Несколько компаний и исследовательских групп разрабатывают методы обнаружения рака по дыханию в качестве коммерческого или клинического продукта. SpotitEarly, американская биотехнологическая компания, разработала гибридную платформу LUCID bio-AI для скрининга нескольких видов рака с использованием обученных собак для обнаружения и машинного обучения, клинические подтверждения которой опубликованы в «Scientific Reports» в 2024 году.Half E, et al. Неинвазивный скрининг множественных раковых заболеваний с использованием обученных собак-распознавателей и искусственного интеллекта: проспективное двойное слепое исследование. «Научные отчеты». 2024;14:28204. ПМЦ 11568277.
Британская компания Owlstone Medical разрабатывает технологию дыхательной биопсии с использованием экзогенных зондов ЛОС для выявления рака легких и других состояний.
== См. также ==

* Обнаружение рака у собак
* Анализ дыхательных газов
* Летучее органическое соединение
* Скрининг рака
* Жидкая биопсия

Скрининг рака
Дыхательные тесты
Летучие органические соединения
Онкология

Подробнее: https://en.wikipedia.org/wiki/Breath-ba ... _detection