疾病居然可以被“闻”出来

来源:日期:2022/07/15 浏览:178

盛夏时节,你走出家门,街边栀子花芬芳四溢;你走进办公室,同事的香水让你打了个喷嚏;你点了个外卖,螺蛳粉让你成为众矢之的……

什么味道?| Giphy

这些“气味”,究竟是什么?

实际上,你的身体所感觉到的,是一类被称为挥发性有机化合物(volatile organic compounds, VOCs)的物质。

所有的生物体都懂得释放特定的VOCs用于防御、交流、繁殖等种种目的;不过,也有一些VOCs是作为生物过程的一部分偶然释放的,包括与疾病相关的过程。这些释放的VOCs对于每个过程而言是唯一的,这意味着每种疾病都有特定的VOCs“特征”或“指纹”。

科学家们正在研究这样一类诊断/筛查技术,将来自呼吸、汗液、眼泪和其他身体分泌物的挥发物(Volatolome)作为数千种疾病的指纹,称为“挥发物组学”(Volatolomics),用于诊断/筛查。

这些与疾病相关的VOCs往往释放得非常之早,甚至早于血液、X射线、组织样本或其他种种方法能够进行诊断的特征。许多疾病,尤其是癌症,越早被诊断,就越容易治疗。并且,由于VOCs诊断是通过“嗅探”进行,不需要任何侵入性手术,这意味着它无痛无创。因此,如果能够对不同疾病的VOCs指纹进行分类,并开发快速识别的设备,将可能会在医学诊断和疾病治疗的方面带来革命。这就是“挥发物组学”这一新兴概念背后的主要思想。

虽然这一领域还很年轻,但“通过嗅闻某人的呼吸来诊断疾病”的方法实际上可以追溯到古希腊医生希波克拉底和中国古代医生扁鹊;在过去的50年里,人们也已经鉴定出成千上万的VOCs指纹。但到目前为止,我们一直缺乏先进的诊断技术来利用这些信息。

在过去几年中,大数据、机器学习、纳米传感器等等技术的发展促进了挥发物组学研究的爆炸式增长。 但是,“挥发物组学”想要从实验室走到临床,跨学科合作不可或缺。然而,涉及到化学、材料科学、临床医学和电气工程等等领域,不同的研究人员往往采用不同的方法甚至不同的术语。近日,多个领域的中国科学家在Nano Research杂志联合发表了一篇关于挥发物组学的综述文章,旨在成为跨学科合作的桥梁。

网页截图

该综述首先总结了所有与各种疾病相关的、各种来源的VOCs,形成了一套疾病挥发物“百科全书”。

“这样的清单至关重要,因为化学家、材料科学家和电气工程师们需要知道他们设计诊断设备所依据的‘指纹’或‘生物标志物’是什么。”中国科学院多相复杂系统国家重点实验室研究员姚明水补充道,“现在他们可以从综述中查阅了。”

此外,该综述还评论了挥发物组学分析的技术现状,特别是用于VOCs检测的先进“电子鼻”(E-nose)和“光子鼻”(P-nose)装置。大多数电子鼻由相同类型但性能不同的气体传感器(同质气体传感器阵列或同质换能器阵列)构成。

“我们希望以综述为参考点,填补不同领域间的空白,克服技术发展障碍,特别是更好的VOCs吸收材料、选择性传感材料、先进的传感器结构和智能数据处理方法。”综述作者写道,“最终目标是未来能够将挥发物组学作为临床诊断的黄金标准。”

参考文献

[2]https://www.eurekalert.org/news-releases/957542

作者:竹子

编辑:靳小明

排版:尹宁流

研究团队

通讯作者袁苗苗:中山大学附属第八医院

通讯作者姚明水:中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室

通讯作者钱云:浙江省口腔生物医学研究重点实验室

共同第一作者吴巍炜,胡文文,简瑛瑛:西安电子科技大学

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