Numerosos estudios han demostrado que los perros entrenados pueden detectar muchos tipos de enfermedades, incluidos los cánceres de pulmón, mama, ovario, vejiga y próstata, y posiblemente Covid-19, simplemente a través del olfato. En algunos casos, el 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 estos perros, y su disponibilidad y tiempo son limitados. 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 deEl MIT y otras instituciones han creado un sistema que puede detectar el contenido químico y microbiano de una muestra de aire con una sensibilidad aún mayor que la nariz de un perro. Lo combinaron con un proceso de aprendizaje automático que puede identificar las características distintivas de la enfermedad.llevando muestras.
Los hallazgos, que los investigadores dicen que algún día podrían conducir a un sistema automatizado de detección de olores lo suficientemente pequeño como para incorporarse en un teléfono celular, se publican hoy en la revista PLOS One , en un artículo de Clare Guest de Medical Detection Dogs en el Reino Unido, el científico investigador Andreas Mershin del MIT y otros 18 en la Universidad Johns Hopkins, la Fundación del Cáncer de Próstata y varias otras universidades y organizaciones.
"Los perros, por ahora 15 años más o menos, han demostrado ser los primeros y más precisos detectores de enfermedades para cualquier cosa que hayamos probado", dice Mershin. Y su desempeño en pruebas controladas en algunos casos ha superado el delas mejores pruebas de laboratorio actuales, dice. "Hasta ahora, los perros han detectado muchos tipos diferentes de cáncer antes que cualquier otra tecnología".
Es más, los perros aparentemente detectan conexiones que hasta ahora han eludido a los investigadores humanos: cuando se entrenan para responder a muestras de pacientes con un tipo de cáncer, algunos perros han identificado varios otros tipos de cáncer, aunque las similitudes entrelas muestras no fueron evidentes para los humanos.
Estos perros pueden identificar "cánceres que no tienen firmas biomoleculares idénticas en común, nada en los odorantes", dice Mershin. Usando poderosas herramientas analíticas, incluida la espectrometría de masas por cromatografía de gases GCMS y el perfil microbiano, "si analiza elmuestras 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 de alguna manera puede generalizar a partir de un tipode cáncer para poder identificar a los demás.
Mershin y el equipo en los últimos años han desarrollado, y continúan mejorando, un sistema detector miniaturizado que incorpora receptores olfativos de mamíferos estabilizados para actuar como sensores, cuyos flujos de datos pueden ser manejados en tiempo real por las capacidades de un teléfono inteligente típico.. Él prevé 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. Estos detectores, equipados con algoritmos avanzados desarrollados a través del aprendizaje automático, podrían detectar los primeros signos de enfermedad mucho antes que las pruebas de detección típicas.regímenes, 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 aplicó un programa de aprendizaje automático para descubrir las similitudes y diferencias entre las muestras que pudieran ayudar al sistema basado en sensores a identificar la enfermedad. Al analizar 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, dice Mershin, es en realidad 200 veces más sensible que la nariz de un perro en términos de poder detectar e identificar pequeños rastros de diferentes moléculas, como se confirma a través de pruebas controladas ordenadas por DARPA. Pero en términos de interpretaciónmoléculas, "es 100 por ciento más tonto". Ahí es donde entra el aprendizaje automático, para tratar de encontrar los patrones esquivos que los perros pueden inferir del olor, pero los humanos no han podido captar a partir de un análisis químico.
"Los perros no saben nada de química", dice Mershin. "No ven una lista de moléculas en su cabeza. Cuando hueles una taza de café, no ves 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 ha estado en desarrollo durante varios años, con gran parte del enfoque en reducir su tamaño, hasta ahora faltaba el análisis. "Sabíamos que los sensores ya son mejores que lo quelos perros pueden hacer en términos del 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 replicar hasta cierto punto ".
Este logro, dicen los investigadores, proporciona un marco sólido para futuras investigaciones a fin de desarrollar la tecnología a un nivel adecuado para el uso clínico. Mershin espera poder analizar un conjunto mucho mayor de muestras, quizás 5.000, para identificar con mayor detallelos indicadores importantes de la enfermedad. Pero tales pruebas no son baratas: Cuesta alrededor de $ 1,000 por muestra para muestras clínicamente probadas y certificadas de orina portadora de enfermedades y libre de enfermedades para ser recolectadas, documentadas, enviadas y analizadas, 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 con base en el hospital.pruebas como libres de enfermedad. El paciente, que conocía la prueba del perro, optó por someterse a más pruebas, y unos meses después se descubrió que tenía la enfermedad en una etapa muy temprana. "Aunque es solo un caso, tengo queadmitir que eso me influyó ", dice Mershin.
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