شناسایی کروناویروس در بازدم با بینی الکترونیکی

تشخیص زودهنگام ابتلا به "کروناویروس سندروم حاد تنفسی ۲" (SARS-CoV-2) که عامل بیماری کووید-۱۹ است، اهمیت قابل توجهی در کاهش میزان انتقال آن دارد. در چنین شرایطی، نیاز فوری به یک سیستم آزمایشی قابل اطمینان احساس می‌شود. برخی از ویژگی‌های لازم برای آزمایش انبوه کووید-۱۹، کوتاهی زمان تشخیص، هزینه کم و جمع‌آوری ساده نمونه هستند.

روش "واکنش زنجیره‌ای پلیمراز رونویسی معکوس" (RT-PCR)، استاندارد طلایی برای تشخیص کووید-۱۹ به شمار می‌رود. با وجود این، از این روش نمی‌توان برای آزمایش سریع و انبوه استفاده کرد زیرا این روش برای جمع‌آوری نمونه‌های آزمایشی از فرد مبتلا و انجام دادن این سنجش، به پرسنل ماهری نیاز دارد.

بنابراین، توسعه یک دستگاه تجزیه و تحلیل بازدم برای تشخیص سریع کووید-۱۹ می‌تواند راه حل بسیار درستی باشد. این نوع دستگاه به دلیل داشتن یک روش ساده برای جمع‌آوری نمونه، ماهیت غیر تهاجمی، قابلیت استفاده مجدد و توانایی ارائه نتایج در یک بازه زمانی کوتاه می‌تواند بسیار سودمند باشد.

جالب اینجاست که پژوهش‌های پیشین، ساطع شدن بوی مشخصی را از بیماران مبتلا به کووید-۱۹ گزارش کرده‌اند که به راحتی توسط سگ‌ها شناسایی می‌شود.

از نمونه‌های تنفسی می‌توان برای تشخیص ابتلا به کروناویروس با تعیین وجود "ترکیبات آلی فرار" (VOCs) در نمونه استفاده کرد. نفس بازدم یک بیمار مبتلا به کووید۱۹ حاوی ترکیبات آلی فرار خاصی است که به دلیل تغییر واکنش‌های متابولیک یا بروز تغییراتی در میکروبیوتای ریه‌ها طی دوره عفونت ایجاد می‌شود.

بازدمی را که حاوی گازهای مختلف و ترکیبات آلی فرار است، می‌توان با یک بینی الکترونیکی تشخیص داد. بینی الکترونیکی برخلاف آزمایش‌های واکنش زنجیره‌ای پلیمراز رونویسی معکوس می‌تواند ابتلا به کروناویروس را به راحتی در مراحل مختلف پیشروی آن تشخیص دهد.

چندین پژوهش، توسعه حسگرهای مبتنی بر نانوذرات، حسگرهای نانولوله کربنی و حسگرهای گاز اکسید فلز را برای تشخیص ترکیبات آلی فرار گزارش کرده‌اند. همچنین، این پژوهش‌ها نشان داده‌اند که روش‌های تحلیل نفس بازدم می‌توانند با استفاده از بینی الکترونیکی، ویروس‌هایی مانند آنفلوانزا و راینوویروس‌های انسانی را از طریق تجزیه و تحلیل ترکیبات آلی فرار در بازدم شناسایی کنند.

نگرانی‌های متعددی در مورد تشخیص کووید-۱۹ از طریق یک بینی الکترونیکی وجود دارد؛ از جمله تکرارپذیری محدود تشخیص عفونت. علاوه بر این، این دستگاه‌ها را نمی‌توان در شرایط محیطی متنوع برای جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل نمونه تنفسی به کار برد.

پژوهشگران "دانشگاه یاگیلونیا" (Jagiellonian University) در لهستان، توسعه یک بینی الکترونیکی را برای تشخیص ترکیبات آلی فرار با استفاده از حسگرهای گاز تجاری مورد بررسی قرار داده‌اند که برای کار در دماهای بالا، به انرژی کمی نیاز دارند. پژوهشگران در این پروژه، بررسی‌های بالینی را در بخش شمالی لهستان انجام دادند تا کارایی دستگاه را ارزیابی کنند.

پژوهشگران، بررسی‌های تجربی را بین مارس و ژوئیه ۲۰۲۱، در بخش‌های بیمارستانی در لهستان انجام دادند که به درمان بیماران مبتلا به کووید-۱۹ اختصاص داشت. نمونه‌های تنفسی به‌دست‌آمده، با بینی الکترونیکی جدید تجزیه و تحلیل شدند.

در مجموع ۵۶ نمونه تنفسی در این پژوهش به کار رفت که شامل ۳۳ نمونه از بیماران مبتلا به کووید-۱۹ شدید، ۱۷ نمونه از افراد سالم و شش نمونه از هوای محیط بود. همه نمونه‌ها صبح پس از مسواک زدن دندان‌های شرکت‌کنندگان و پیش از صرف صبحانه جمع‌آوری شدند.

نمونه‌های تنفسی به‌دست‌آمده از بیماران کووید-۱۹ در مقایسه با گروه کنترل‌شده، رطوبت بالاتری را نشان دادند. بینی الکترونیکی مورد استفاده در این پژوهش، تشخیص بهتری را در گروه سالمندان نسبت به بیماران جوان‌تر ارائه داد.

بینی الکترونیکی را می‌توان برای ارزیابی اثربخشی یک درمان پزشکی خاص یا برای غربالگری انبوه استفاده کرد. یکی از چالش‌های مرتبط با این دستگاه، دقت محدود آن هنگام استفاده در فضای باز است. بنابراین، بررسی‌های آینده باید بر افزایش دقت و بهبود مقاومت دستگاه در برابر عوامل محیطی متمرکز شوند.

نتایج این پژوهش نشان می‌دهند که استفاده از حسگرهای گاز تجاری برای شناسایی ترکیبات آلی فرار در نمونه‌های تنفسی، مطلوب است. بنابراین، دستگاه و روش مورد استفاده در این پژوهش می‌تواند برای تشخیص کووید-۱۹ استفاده شود.

در آینده باید بررسی‌های بیشتری در مورد بینی الکترونیکی انجام شود. علاوه بر این، یک روش کارآمدتر و سریع‌تر برای تمیز کردن حسگر گاز مورد نیاز است.

این پژوهش، در مجله "Scientific Reports" به چاپ رسید.