Blodprøver er en vanlig metode for å oppdage sykdom eller vitaminmangel. Men nå jobber forskere i SINTEF med å finne tegn på sykdom i menneskers pust. Det skjer i EU-prosjektet Breathsense.
Målet er å utvikle en løsning som gjør at folk i risikosonen kan overvåke helsen sin hjemme eller på jobb. Forskerne jobber med flere partnere, som sammen har som mål å utvikle bærbar teknologi for pusteanalyse.
– Allerede etter ett år i prosjektet har vi en prototype av en mikrobrikke som viser lovende resultater, sier Elizaveta Vereshchagina, prosjektleder og seniorforsker i SINTEF.
Karolina Milenko-Kuszewska, Elizaveta Vereshchagina og Enrique Escobedo-Cousin tester en enhet som kan måle kjemikalier i pust. I fremtiden kan denne teknologien brukes til å gi raske diagnoser. Foto: SINTEF
Avslører anfall før de kommer
Personer med KOLS har utfordringer knyttet til pust. De blir andpustne ved trening, kan oppleve alvorlig tretthet og perioder med akutt forverring. I dag får man diagnosen etter vurdering av symptomer. Da kan det være for sent å starte effektiv forebyggende behandling.
Teknologien som utvikles i BreathSense-prosjektet skal gjøre det mulig for risikopasienter å teste sin egen pust hjemme. Sanntidsanalyse av dataene kan hjelpe risikopasienter med å finne symptomer på anfall, før de bryter ut.
Da kan forebyggende behandling ha mye større effekt enn senere i et sykdomsforløp. Prosjektet handler ikke bare om å skape et nytt verktøy, men også om å bringe helsetjenester fra sykehus til hjem.
– Pusten vår inneholder nitrogen, oksygen, karbondioksid, vanndamp og kjemiske stoffer, som kalles flyktige organiske forbindelser (VOCer). Den nøyaktige sammensetningen av disse VOCene varierer fra person til person og kan gi informasjon om en persons generelle helse. I dette prosjektet utvikler vi en enhet som kan måle denne unike signaturen, forklarer Enrique Escobedo-Cousin, seniorforsker i SINTEF.
Dette kan sammenlignes med informasjonen vi får fra blodprøver, men skjer altså uten fysiske inngrep, som blodprøvetaking eller biopsier.
– Hvis du er syk inneholder pusten din forskjellige molekyler, såkalte biomarkører, som er annerledes enn når du er frisk. En liten endring i konsentrasjonen av relevante kjemiske forbindelser kan gi en indikasjon, og det er dette vi ønsker å finne ut ved å fange pust på mikrobrikker, sier forskerkollega Karolina Milenko-Kuszewska.
– Hvis du er syk inneholder pusten din forskjellige molekyler, såkalte biomarkører, som er annerledes enn når du er frisk.
For å skille de forskjellige molekylene i pusten fra hverandre, er håpet at kunstig intelligens kan hjelpe med å analysere dataene, finne relevante mønstre og til slutt gjøre klinisk relevante prediksjoner.
Liten og lur: Her er et mikroplasma på en chip. Hver molekyl i prøven bidrar til en egen farge på lyset som sendes ut, og de ulike bølgelengdene i lyset avslører innholdet i prøven. Det skjer ved hjelp av maskinlæring. Foto: SINTEF
Bærbar enhet for hjemmebruk
Konsortiets mål er å lage en bærbar enhet for pusteanalyse til bruk hjemme. Et oppstartsselskap fra Nederland, RespiQ, er nå interessert i å bringe en KOLS-pustemonitor ut i markedet. Det skal skje i samarbeid med elektronikk-selskapet uRoboptic, nederlandske NeLL, som skal ta hånd om selve brukeropplevelsen, og forskere innen biomedisinske mikrosystemer og mikrooptikk ved SINTEF.
– Våre kliniske studier viser at forebygging av KOLS-forverringer kan ha betydelige helsefordeler. Ved å bruke digitalt fangede biomarkører kan pasienter og leger forutsi og oppdage forverringer. Det gjør at vi kan handle tidlig for å redusere angrepets påvirkning og unngå sykehusinnleggelse, alvorlig sykdom og kanskje dødelighet, sier Dr. Richard Russell, førsteamanuensis ved King’s College i London.
Breathsense ønsker å finne ut om antall sykehusinnleggelser kan reduseres, og om livskvaliteten til pasientene kan forbedres dersom teknologien fra prosjektet integreres i dagens helserutiner. Den ambisiøse hypotesen bak dette er at pasienter kan overvåke seg selv hjemme, og kanskje forhindre angrep med tidlig medisinering.
– I dag venter vi til et angrep er i gang før vi bruker betydelige helseressurser på å undersøke personer med KOLS på sykehus. Hvis angrep kan oppdages av pasienten i deres egne hjem, er det sannsynlig at vi kan spare mye tid og unødvendig lidelse for pasientene og forbedre resultatene, sier Dr. Russell ved King’s College i London.
Kan hjelpe millioner av mennesker
Forskerne har allerede fått bevis på at mikrobrikketeknologi er et godt valg for å oppdage biomarkører i pust. Samtidig bygger konsortiet i BreathSense et alkometer-system for å samle all maskinvaren, samt teste robustheten til metoden for KOLS-applikasjon.
I dag er prototypen på størrelse med en skoeske. Målet er å redusere dette til noe bærbart, kostnadseffektivt og enkelt å bruke. Dette er rollen til det nederlandske oppstartsselskapet RespiQ og det portugisiske selskapet uRoboptics.
– Vi jobber mot en pusteanalyse-enhet som vil være tilgjengelig i hvert hjem, med mål om å gi bedre helseinnsikt og forbedre livskvaliteten for kroniske pasienter, samtidig som behovet for sykehusbesøk for diagnose reduseres. Spesielt for KOLS-pasienter forventer vi å drastisk forbedre livskvaliteten deres ved å gjøre det mulig for dem å forhindre skadelige forverringer, sier Cristian D’Alessandro, teknisk direktør i RespiQ.
– Vi tror også at enheten kan tilpasses andre luftveis- og mage-tarmsykdommer som astma, lungekreft og irritabel tarmsyndrom (IBS).
BreathSense-prosjektet er avhengig av en fusjon av ingeniørfag, kjemi, fysikk og medisin. Det skjer noen spennende prosesser bak kulissene: høyspenningstrømmer genererer glødplasma, som muliggjør dekoding av kjemiske forbindelser.
– Ved å utnytte KI-teknikker kan de svake, men distinkte signaturene til karakteristiske VOCer avdekkes. Alt dette skjer over avstander på mindre enn 50 mikrometer på en brikke! Det er imponerende hvordan ulike fysiske teorier, mikrobrikketeknologi og avansert signalbehandling kan kobles til avanserte medisinske applikasjoner, som igjen kan forbedre livet til mange, sier Ricardo Ferreira, sjefspartner i uRoboptics.
Kan også avsløre andre sykdommer
BreathSense-prosjektet mottar støtte gjennom EUs Pathfinder-program, som tildeles prestisjetunge innovasjonsprosjekter med høy vitenskapelig ambisjon og innvirkning, men også risiko. Dersom prosjektet lykkes, vil det gagne millioner av mennesker og redusere presset på helsevesenet.
– Vi tror også at enheten kan tilpasses andre luftveis- og mage-tarmsykdommer som astma, lungekreft og irritabel tarmsyndrom (IBS). Vi er veldig begeistret over resultatene så langt og ser frem til fortsettelsen, avslutter Vereshchagina.
