Esquema de estudio para la prueba de olfato canino. (A) Los dos perros, Florin y Midas, seleccionados para participar en el ensayo. (B) Imagen de las macetas de presentación. (C) Pruebe las ollas colocadas en el brazo de metal unido al carrusel. (D) Comparación de las indicaciones con el control negativo de la biopsia y las muestras de cáncer en un ensayo doble ciego. Esta tabla muestra que de las 21 muestras de control, Florin produjo 5 indicaciones falsas positivas que dieron como resultado una especificidad del 76,2% frente a las 6 indicaciones positivas falsas de Midas que dieron como resultado una especificidad del 70%. Ambos perros indicaron correctamente a 5 de las 7 muestras objetivo, lo que dio una sensibilidad de 71,4. Crédito:Guest et al, 2021 ( MÁS UNO , CC-BY 4.0, creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Numerosos estudios han demostrado que los perros entrenados pueden detectar muchos tipos de enfermedades, incluidos los pulmones, seno, ovario vejiga, y cánceres de próstata, y posiblemente COVID-19, simplemente a través del olfato. En algunos casos, que implica cáncer de próstata, por ejemplo, los perros tuvieron una tasa de éxito del 99 por ciento en la detección de la enfermedad al olfatear las muestras de orina de los pacientes.
Pero se necesita tiempo para entrenar a esos perros, y su disponibilidad y tiempo es limitado. Los científicos han estado buscando formas de automatizar las asombrosas capacidades olfativas de la nariz y el cerebro caninos. en un dispositivo compacto. Ahora, un equipo de investigadores del MIT y otras instituciones ha ideado un sistema que puede detectar el contenido químico y microbiano de una muestra de aire con una sensibilidad incluso mayor que la nariz de un perro. Combinaron esto con un proceso de aprendizaje automático que puede identificar las características distintivas de las muestras portadoras de enfermedades.
Los resultados, que los investigadores dicen que algún día podría conducir a un sistema automatizado de detección de olores lo suficientemente pequeño como para ser incorporado en un teléfono celular, se publican hoy en la revista Más uno , en un artículo de Clare Guest de Medical Detection Dogs en el Reino Unido, El científico investigador Andreas Mershin del MIT, y otras 18 personas en la Universidad Johns Hopkins, la Fundación del Cáncer de Próstata, y varias otras universidades y organizaciones.
"Perros, por ahora 15 años más o menos, se ha demostrado que es el más antiguo, detectores de enfermedades más precisos para cualquier cosa que hayamos probado, "Dice Mershin. Y su desempeño en pruebas controladas ha superado en algunos casos al de las mejores pruebas de laboratorio actuales, él dice. "Hasta aquí, Los perros han detectado muchos tipos diferentes de cáncer antes que cualquier otra tecnología ".
Y lo que es más, los perros aparentemente detectan conexiones que hasta ahora han eludido a los investigadores humanos:cuando son entrenados para responder a muestras de pacientes con un tipo de cáncer, algunos perros han identificado varios otros tipos de cáncer, aunque las similitudes entre las muestras no eran evidentes para los humanos.
Estos perros pueden identificar "cánceres que no tienen firmas biomoleculares idénticas en común, nada en los olores, "Dice Mershin. Usando poderosas herramientas analíticas que incluyen espectrometría de masas por cromatografía de gases (GCMS) y perfiles microbianos, "si analiza las muestras de, digamos, cáncer de piel y cáncer de vejiga y cáncer de mama y cáncer de pulmón, todas las cosas que el perro ha demostrado ser capaz de detectar, no tienen nada en común ". Sin embargo, el perro puede de alguna manera generalizar a partir de un tipo de cáncer para poder identificar el otros.
Mershin y el equipo en los últimos años se han desarrollado, y siguió mejorando, un sistema detector miniaturizado que incorpora receptores olfativos de mamíferos estabilizados para actuar como sensores, cuyos flujos de datos se pueden manejar en tiempo real mediante las capacidades de un teléfono inteligente típico. Él imagina un día en el que todos los teléfonos tengan un detector de olores incorporado, al igual que las cámaras ahora son omnipresentes en los teléfonos. Tales detectores, equipado con algoritmos avanzados desarrollados a través del aprendizaje automático, potencialmente podría detectar los primeros signos de la enfermedad mucho antes que los regímenes de detección típicos, dice, e incluso podría advertir sobre humo o una fuga de gas.
En las últimas pruebas, el equipo analizó 50 muestras de orina de casos confirmados de cáncer de próstata y controles que se sabía que estaban libres de la enfermedad, utilizando perros entrenados y manejados por Medical Detection Dogs en el Reino Unido y el sistema de detección miniaturizado. Luego, aplicaron un programa de aprendizaje automático para descubrir las similitudes y diferencias entre las muestras que podrían ayudar al sistema basado en sensores a identificar la enfermedad. Al probar las mismas muestras, el sistema artificial pudo igualar las tasas de éxito de los perros, con ambos métodos puntuando más del 70 por ciento.
El sistema de detección miniaturizado, Mershin dice:es 200 veces más sensible que la nariz de un perro en términos de poder detectar e identificar pequeños rastros de diferentes moléculas, según lo confirmado a través de pruebas controladas ordenadas por DARPA. Pero en términos de interpretar esas moléculas, "es 100 por ciento más tonto". Ahí es donde entra el aprendizaje automático, para tratar de encontrar los patrones elusivos que los perros pueden inferir del olor, pero los humanos no han podido captarlo a partir de un análisis químico.
"Los perros no conocen la química, "Dice Mershin." No ven una lista de moléculas aparecer en su cabeza. Cuando hueles una taza de café no ve una lista de nombres y concentraciones, sientes una sensación integrada. Esa sensación de carácter olfativo es lo que los perros pueden extraer ".
Si bien el aparato físico para detectar y analizar las moléculas en el aire se ha estado desarrollando durante varios años, con gran parte del enfoque en reducir su tamaño, hasta ahora faltaba el análisis. "Sabíamos que los sensores ya son mejores de lo que pueden hacer los perros en cuanto al límite de detección, pero lo que no hemos demostrado antes es que podemos entrenar una inteligencia artificial para imitar a los perros, ", dice." Y ahora hemos demostrado que podemos hacer esto. Hemos demostrado que lo que hace el perro se puede reproducir hasta cierto punto ".
Este logro, los investigadores dicen, proporciona un marco sólido para futuras investigaciones para desarrollar la tecnología a un nivel adecuado para el uso clínico. Mershin espera poder probar un conjunto mucho mayor de muestras, quizás 5, 000, para señalar con mayor detalle los indicadores importantes de enfermedad. Pero estas pruebas no son baratas:cuesta alrededor de $ 1, 000 por muestra para las muestras certificadas y clínicamente probadas de orina portadora y libre de enfermedades que se deben recolectar, documentado Enviado, y analizado dice.
Reflexionando sobre cómo se involucró en esta investigación, Mershin recordó un estudio de detección de cáncer de vejiga, en el que un perro seguía identificando erróneamente a un miembro del grupo de control como positivo para la enfermedad, a pesar de que había sido seleccionado específicamente en base a pruebas hospitalarias como libre de enfermedad. El paciente, que sabía de la prueba del perro, optó por tener más pruebas, y unos meses después se descubrió que tenía la enfermedad en una etapa muy temprana. "Aunque es solo un caso, Debo admitir que eso me influyó "Dice Mershin.
