Ученые тестируют диагностику рака легких по выдыхаемому воздуху

Выдыхаемый воздух может подсказать о наличии рака легких

Разработка методов обнаружения этих соединений, инициированная Американским химическим обществом, может значительно помочь врачам в постановке ранних диагнозов и улучшении перспектив пациентов. В исследовании, опубликованном в журнале ACS Sensors, ученые представили сверхчувствительные наноразмерные датчики, способные распознавать ключевые изменения в химическом составе дыхания людей с раком легких.

Люди выдыхают разнообразные газы, такие как водяной пар и углекислый газ, а также другие соединения, которые присутствуют в воздухе. Исследователи обнаружили, что снижение уровня одного из этих веществ — изопрена — может указывать на наличие рака легких. Однако для выявления таких незначительных изменений датчик должен обладать высокой чувствительностью, способной определять уровень изопрена на уровне частей на миллиард (ppb). Кроме того, он должен отличать изопрен от других летучих химических веществ и выдерживать естественную влажность дыхания.

Предыдущие попытки создания сенсоров с такими характеристиками были сосредоточены на оксидах металлов, в частности на одном перспективном соединении, созданном на основе оксида индия. Команда исследователей под руководством Пингвея Лю и Цинъюэ Ванга поставила перед собой задачу усовершенствовать эти сенсоры, чтобы они могли обнаруживать изопрен на том уровне, который обычно присутствует в дыхании.

Сенсоры и наночастицы

Они разработали серию сенсоров на основе наночастиц оксида индия (III) (In2O3). В ходе экспериментов выяснилось, что один тип датчиков, получивший название Pt@InNiOx из-за содержания платины, индия и никеля, показал наилучшие результаты. Эти датчики Pt@InNiOx:

• обнаруживали изопрен на уровне 2 ppb, что значительно превосходило чувствительность более ранних изобретений;
• реагировали на изопрен сильнее, чем на другие летучие соединения, обычно присутствующие в дыхании;
• работали стабильно в течение 9 смоделированных применений.

Еще более важно, что проведенный авторами анализ структуры и электрохимических свойств наночастиц в режиме реального времени показал, что нанокластеры платины, равномерно закрепленные на наночастицах, катализируют активацию чувствительности к изопрену, что и объясняет их сверхчувствительность.

Чтобы продемонстрировать потенциальное медицинское применение этих сенсоров, исследователи включили наночастицы Pt@InNiOx в портативное сенсорное устройство. В этот прибор ученые поместили образцы дыхания, собранные ранее у 13 человек, 5 из которых страдали раком легких. Устройство обнаружило уровень изопрена ниже 40 ppb в образцах больных раком и более 60 ppb у здоровых участников.

По словам исследователей, эта технология может стать прорывом в неинвазивном скрининге рака легких, способным улучшить результаты и даже спасти жизни.

Возвращение туберкулеза на первую строчку среди самых смертоносных болезней подчеркивает постоянную угрозу, с которой международное сообщество уже давно сталкивается. Подробнее о смертельной болезни читайте в материале 56orb.