Could a breathalyzer detect cancer? - Julian Burschka

Translator: ‌Behdad Khazaeli Reviewer: Masood Mousavi

How is it that a breathalyzer can measure the alcohol content in someone’s blood,

چگونه است که یک نفس سنج می‌تواند میزان الکل خون فردی را،

hours after they had their last drink, based on their breath alone?

ساعت‌ها پس از مصرف آخرین گیلاسش، تنها بر پایه تنفس تعیین کند؟

Exhaled breath contains trace amounts of hundreds, even thousands,

نفسی که بیرون می‌دهیم می‌تواند شاملِ مقدار کمی از صدها، شاید هم هزاران،

of volatile organic compounds:

ترکیبات آلی فرار باشد:

small molecules lightweight enough to travel easily as gases.

مولکول‌های کوچکی که آن‌قدر سبک باشند تا بتوانند مانند گاز‌ها حرکت کنند.

One of these is ethanol, which we consume in alcoholic drinks.

یکی از آن‌ها ِاتانول است، که در مشروبات الکلی مصرف می‌شود.

It travels through the bloodstream to tiny air sacs in the lungs,

که از طریق جریان خون تا گویچه‌های کوچک هوای داخل شش‌ها حرکت می‌کند،

passing into exhaled air at a concentration 2,000 times lower,

و با میزان ۲,۰۰۰ برابر تمرکز کمتر در هوای بازدم،

on average, than in the blood.

به‌طور متوسط، نسبت به جریان خون.

When someone breathes into a breathalyzer,

وقتی کسی در یک نفس سنج می‌دمد،

the ethanol in their breath passes into a reaction chamber.

اِتانول موجود در بازدم از یک محفظه واکنشی عبور می‌کند.

There, it’s converted to another molecule, called acetic acid,

آنجا، به مولکولی دیگر تبدیل می‌شود، که نامش استیک اسید است،

in a special type of reactor that produces an electric current during the reaction.

این در یک راکتور خاص که در طول واکنش جریان الکتریکی ایجاد می‌کند، انجام می‌شود.

The strength of the current indicates the amount of ethanol

میزان جریان، نشان‌دهنده مقدار اِتانول

in the sample of air, and by extension in the blood.

در نمونه هوا، و به همین صورت در خون است.

In addition to the volatile organic compounds like ethanol

علاوه بر ترکیبات فرار آلی مانند اِتانول

we consume in food and drink,

ما غذا و نوشیدنی هم مصرف می‌کنیم،

the biochemical processes of our cells produce many others.

فرایند بیوشیمیایی سلول‌های ما خیلی‌های دیگر را هم تولید می‌کند.

And when something disrupts those processes, like a disease,

و وقتی چیزی این فرآیند‌ها را مختل می‌کند، مثل بیماری،

the collection of volatile organic compounds in the breath

مجموعه ترکیبات آلی فرار در تنفس

may change, too.

هم ممکن است تغییر کنند.

So could we detect disease by analyzing a person’s breath,

پس آیا ممکن است بتوانیم بیماری‌ها را با تحلیل تنفس شخص تشخیص دهیم،

without using more invasive diagnostic tools

بدون نیاز به استفاده از ابزار‌های تشخیصی تهاجمی

like biopsies, blood draws, and radiation?

مانند نمونه‌برداری، خون‌گیری، و عکس‌برداری با اشعه؟

In theory, yes,

از دید نظری، بله،

but testing for disease is a lot more complicated than testing for alcohol.

اما آزمایش برای بیماری، از آزمایش الکل خیلی پیچیده‌تر است.

To identify diseases,

برای تشخیص بیماری،

researchers need to look at a set of tens of compounds in the breath.

محققین باید به مجموعه‌ای از ده‌ها ترکیب در تنفس توجه کنند.

A given disease may cause some of these compounds

هر بیماری ممکن است در برخی از این ترکیبات

to increase or decrease in concentration, while others may not change—

افزایش یا کاهش تراکم ایجاد کند، و بقیه ممکن است تغییری نکنند —

the profile is likely to be different for every disease,

مشخصات آن احتمالاً برای هر بیماری متفاوت است،

and could even vary for different stages of the same disease.

و حتی می‌تواند در مراحل مختلفِ همان بیماری هم متفاوت باشد.

For example, cancers are among the most researched candidates

برای مثال، سرطان‌ها جزوِ انتخاب‌هایی هستند که بیشترین تحقیقات

for diagnosis through breath analysis.

در تشخیص، توسط نفس سنج رویشان انجام‌شده.

One of the biochemical changes many tumors cause

یکی از تغییرات زیست‌شیمیایی که غده‌ها ایجاد می‌کنند

is a large increase in an energy-generating process

افزایشی زیاد در فرآیند تولید انرژی است

called glycolysis.

که گلیکولیز نامیده می‌شود.

Known as the Warburg Effect,

و به نام «اثر واربورگ» شناخته می‌شود،

this increase in glycolysis results in an increase of metabolites like lactate

این افزایش در گلیکولیز منجر به افزایش متابولیت‌هایی مانند لاکتیت می‌شود

which in turn can affect a whole cascade of metabolic processes

که در نتیجه خودش باعث زنجیره‌ای از فرآیند‌های سوخت‌وساز می‌گردد

and ultimately result in altered breath composition,

و نهایتاً باعث تغییر ترکیبات بازدم می‌شود،

possibly including an increased concentration of volatile compounds

احتمالاً شامل افزایش میزان ترکیبات فراری

such as dimethyl sulfide.

مانند دی‌متیل سولفاید.

But the Warburg Effect is just one potential indicator of cancerous activity,

اما اثر واربورگ تنها یکی از نشان‌دهنده‌های احتمالی فعالیت‌های سرطانی است،

and doesn’t reveal anything about the particular type of cancer.

و نوع سرطان را مشخص نمی‌کند.

Many more indicators are needed to make a diagnosis.

نشانگر‌های خیلی بیشتری برای تشخیص لازم است.

To find these subtle differences,

برای یافتن این تفاوت‌های ناچیز،

researchers compare the breath of healthy people

محققان، تنفس افراد سالم را

with the breath of people who suffer from a particular disease

با تنفس افرادی که بیماری خاصی دارند

using profiles based on hundreds of breath samples.

با استفاده از مشخصاتِ صدها نمونه تنفسی مقایسه می‌کنند.

This complex analysis requires a fundamentally different,

این تحلیل پیچیده اساساً به

more versatile type of sensor from the alcohol breathalyzer.

انواع دیگری از حسگر‌ها، نسبت به نفس سنج الکل نیاز دارند.

There are a few being developed.

که چند نوع از آن‌ها توسعه یافته است.

Some discriminate between individual compounds

بعضی در بین هر کدام از ترکیبات،

by observing how the compounds move through a set of electric fields.

با مشاهده حرکتشان در میانِ میدان‌های الکتریکی تفاوت قائل می‌شوند.

Others use an array of resistors made of different materials

بقیه، از آرایه‌ای از مقاومت‌های ساخته شده توسط مواد مختلف استفاده می‌کنند

that each change their resistance when exposed to a certain mix

که هر کدام میزان مقاومتش در برخورد با میزان متفاوتی

of volatile organic compounds.

از ترکیبات آلی فرار تغییر می‌کند.

There are other challenges too.

چالش‌های دیگری هم وجود دارند.

These substances are present at incredibly low concentrations—

این مواد در مقادیر بسیار کمی موجودند —

typically just parts per billion,

معمولاً در ابعاد یک در میلیون،

much lower than ethanol concentrations in the breath.

خیلی کمتر از میزان اتانول موجود در تنفس.

Compounds’ levels may be affected by factors other than disease,

سطوح ترکیبات ممکن است تحت تأثیرِ چیز‌های دیگری غیر از بیماری قرار گیرد،

including age, gender, nutrition, and lifestyle.

مثلاً سن، جنسیت، تغذیه و شیوه زندگی.

Finally, there’s the issue

نهایتاً، این مسئله وجود دارد

of distinguishing which compounds in the sample

که تشخیص دهیم کدام ترکیب در نمونه

were produced in the patient’s body

در بدن بیمار تولید شده

and which were inhaled from the environment

و اینکه کدام از محیط اطراف تنفس شده

shortly before the test.

در همان زمان آزمایش.

Because of these challenges, breath analysis isn’t quite ready yet.

به خاطر این مشکلات، نفس سنج هنوز کاملاً آماده نیست.

But preliminary clinical trials on lung, colon,

اما آزمایش‌های اولیه کلینیکی در سرطان‌های ریه، روده بزرگ،

and other cancers have had encouraging results.

و دیگر سرطان‌ها نتایج مثبتی داشته است.

One day, catching cancer early might be as easy as breathing in and out.

یک روز، تشخیص زودهنگام سرطان شاید به‌راحتی فوت کردن باشد.