透過尿液化學、微生物譜與模擬犬嗅覺開發前列腺癌檢測器
2021/05/19 @國際
摘要
許多研究表示經訓練的狗透過聞的方式檢測出多項疾病，如肺癌、乳腺癌、卵巢癌、膀胱癌和前列腺癌，其中尤以嗅探前列腺癌患者的尿液樣本，得以檢測出罹病成功率高。然而，訓練專業犬隻相當耗時，且服役時間有限，因此，麻省理工及其他研究機構的科學家構思出一套小型檢測系統，該系統可偵測空氣樣本中學與微生物含量，且靈敏度高於狗鼻子，並結合機器學習等人工智慧以辨別出具有疾病的樣本，檢測特異性70-76%，靈敏度71%，期將來技術邁進，將此檢測功能整合於手機中，相關研究發表於「PLoS ONE」國際期刊中。
示意圖
過去15年間，經受訓的狗兒已被證實可準確檢測多項疾病，儘管樣本間相似性不高，即屬無共同生物分子特徵的癌症，且為無氣味的物質，但已超越現階段最好的儀器。然而，鑒於訓練有素的犬隻可用性有限，研究人員過去幾年已著手開發並持續改進小型檢測系統，該系統結合哺乳動物的嗅覺受器做為感測器，其靈敏度高於狗的嗅覺200倍，並搭配機器學習的演算法。
在最新的測試中，研究團隊使用2隻英國醫療檢測犬及小型檢測系統進行50個前列腺癌及無該疾病之尿液樣本進行分析比對，透過氣相層析質譜儀(gas chromatography-mass spectroscopy, GC-MS)分析揮發性有機化合物含量、16S rDNA Illumina定序測量微生物保守基因序列判定微生物含量，此外，利用犬隻的診斷以訓練人工神經網路(artificial neural network, ANN)判斷GC-MS所測定出的波峰結果，透過上述手法找出樣本間的異同，協助疾病的診斷。試驗結果顯示，2犬隻的檢測特異性分別是76.2%及70%，靈敏度皆為71.4%，而小型檢測系統的檢測特異性為70-76%，靈敏度71%，說明該研究為臨床運用提供了良好的框架，其建立了方法學與相關檢測的可行性，得以利用嗅覺、尿液中揮發性有機化合物及菌群分析進行大規模研究，以開發機器嗅覺診斷工具，並同時與傳統篩檢工具比較，可更早、更具特異性及更靈敏從尿液中診斷前列腺癌。
研究人員亦表示期望未來的手機內建氣味感測器，如同鏡頭一樣是標準配備﹐可更快速篩檢出疾病的早期徵兆，甚至能夠針對煙霧或瓦斯洩漏發出警訊。 【延伸閱讀】結合噬菌體與智慧型手機用以檢測食品汙染
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