Naso elettronico veloce e non invasivo per fiutare il COVID

npj Medicina Digitale volume 5, numero articolo: 115 (2022) Citare questo articolo

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L’approccio della reazione a catena della polimerasi trascrizione-quantitativa inversa (RT-qPCR) è stato ampiamente utilizzato per rilevare la sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Tuttavia, invece di usarlo da solo, i medici spesso preferiscono diagnosticare la malattia da coronavirus 2019 (COVID-19) utilizzando una combinazione di segni e sintomi clinici, test di laboratorio, misurazioni di imaging (ad es., tomografia computerizzata del torace) e previsione clinica multivariabile. modelli, compreso il naso elettronico. Qui riportiamo lo sviluppo e l’uso di un metodo non invasivo a basso costo per individuare rapidamente il COVID-19 basato su un naso elettronico portatile (GeNose C19) che integra una serie di sensori di gas semiconduttori a ossido di metallo, estrazione di funzionalità ottimizzata e apprendimento automatico Modelli. Questo approccio è stato valutato in test di profilazione che hanno coinvolto un totale di 615 campioni di respiro composti da 333 campioni positivi e 282 negativi. I campioni sono stati ottenuti rispettivamente da 43 pazienti COVID-19 positivi e 40 negativi e confermati con RT-qPCR in due ospedali situati nella regione speciale di Yogyakarta, in Indonesia. Sono stati utilizzati quattro diversi algoritmi di apprendimento automatico (ad esempio analisi discriminante lineare, macchina vettoriale di supporto, percettrone multistrato impilato e rete neurale profonda) per identificare i metodi di riconoscimento dei modelli con le migliori prestazioni e per ottenere un'elevata precisione di rilevamento del sistema (88-95%) , livelli di sensibilità (86–94%) e specificità (88–95%) dai set di dati dei test. I nostri risultati suggeriscono che GeNose C19 può essere considerato un etilometro ad alto potenziale per lo screening rapido del COVID-19.

I coronavirus contagiosi possono causare infezioni intestinali e respiratorie nell’uomo e negli animali1,2. L’emergere di un nuovo coronavirus, ufficialmente denominato sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2 (SARS-CoV-2), ha posto serie sfide alla salute globale. L’infezione da SARS-CoV-2, che causa la malattia da coronavirus 2019 (COVID-19), è stata riscontrata alla fine del 2019 a Wuhan, nella provincia di Hubei, in Cina, e successivamente si è diffusa come agente eziologico di una pandemia in corso e in aumento in più di 200 paesi e territori in tutto il mondo3,4,5. Mentre gli altri coronavirus umani precedentemente riscontrati (ad es. HCoV-OC43, HCoV-NL63, HCoV-229E e HKU1) causavano solo lievi malattie delle vie respiratorie superiori in pazienti immunocompetenti, SARS-CoV-2 è stato considerato il terzo coronavirus patogeno mortale nel corso degli anni. ultimi due decenni dopo la comparsa del SARS-CoV (2002-2003) nella provincia del Guangdong, in Cina, e del coronavirus della sindrome respiratoria del Medio Oriente (MERS-CoV, 2012) nei paesi del Medio Oriente1,6. La pandemia di COVID-19 è associata a un numero significativo di decessi, soprattutto tra gli anziani e le popolazioni immunocompromesse.

Il metodo della reazione a catena della polimerasi trascrizione-quantitativa inversa (RT-qPCR) è stato utilizzato abitualmente per confermare la diagnosi di COVID-19 dall’inizio della pandemia. Finora, questa tecnica diagnostica che rileva l’acido ribonucleico (RNA) del SARS-CoV-2 è diventata il test più ampiamente accettato per il rilevamento del SARS-CoV-27. Possono essere utilizzati vari campioni clinici (ad esempio, tamponi nasali e faringei, espettorato, feci, sangue, liquido di lavaggio broncoalveolare e urina)8. Diverse aziende e laboratori hanno sviluppato kit di rilevamento basati sulla PCR mirati ad almeno due regioni (geni) del genoma SARS-CoV-2. La RT-qPCR è nota per la sua elevata specificità rispetto ad altri metodi diagnostici (ad esempio, test di rilevamento dell'anticorpo e dell'antigene proteico del nucleocapside). Tuttavia, la RT-qPCR presenta ancora alcune limitazioni (vale a dire, la necessità di essere condotta da tecnici sanitari professionalmente formati, il requisito di essere eseguita in un laboratorio specializzato, una procedura di campionamento invasiva e costi elevati)9. Per i paesi sviluppati, condurre massicci esami RT-qPCR come mezzo di screening e controllo epidemiologico è una pratica comune a causa delle loro abbondanti risorse. Tuttavia, per i paesi in via di sviluppo, soprattutto a reddito medio-basso, tali caratteristiche sono considerate lussuose. Tuttavia, fermare la pandemia significa garantire che tutti i paesi del mondo abbiano la capacità di condurre uno screening massiccio e rapido, continuato con isolamento e controllo selezionati.

1.5) and low (<1) ratios, respectively61,62. After the third exhaled breath had been inserted into the sampling bag, its valve had to be quickly closed to avoid any air leakages (see Fig. 2a(2)). Lastly, the upper end of the reservoir tube was connected to the HEPA filter. Hence, the valve could subsequently be reopened, allowing the airflow to occur from the bag to the GeNose C19 machine (Fig. 2a(3)). Such a similar breath sampling concept has already been employed in various off-line breathomics pipelines60./p>100 μm when humans performed different actions (i.e., breathing, talking, sneezing, and coughing)63. For normal breathing, particles with diameters of <0.8–2.0 μm were mostly observed63,64. In other clinical investigations, a similar high-grade HEPA filter was placed between the bag valve and patient mask during preoxygenation in the intubation procedure for patients with COVID-1965. This filtering technique was also used to safely deliver aerosolized medications to COVID-19 patients, avoiding the aggravation of the novel coronavirus spreading66. Despite the adequate proofs of the HEPA filter effectiveness in trapping the aerosolized virus-containing particles from other reports65,66, we conducted additional investigations for the air trajectory part (pneumatic PTFE tube) after GeNose C19 was used to measure the exhaled breath of a confirmed positive COVID-19 patient. Our examinations revealed that the taken sample of the inner tube part was confirmed negative in the RT-qPCR test, which indicates the successful removal of the coronaviruses from the airways in the fiber filter. Thus, they did not contaminate the other components inside the sensing unit. In other words, the exhaust air produced by GeNose C19 can be safely released to the ambient environment and will not further transmit airborne viruses./p>