Could a breathalyzer detect cancer? - Julian Burschka

Переводчик: Anna Pecot Редактор: Rostislav Golod

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

Каким образом c помощью алкотестера можно определить содержание алкоголя в крови

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

по выдыхаемому воздуху спустя несколько часов после употребления спиртного?

Exhaled breath contains trace amounts of hundreds, even thousands,

Выдыхаемые пары воздуха содержат сотни и даже тысячи

of volatile organic compounds:

летучих органических соединений —

микроскопических молекул, вес которых настолько мал,

small molecules lightweight enough to travel easily as gases.

что они способны переноситься по воздуху, как газы.

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

Одной из таких молекул является этанол, содержащийся в алкогольных напитках.

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

Через кровоток этанол попадает в крошечные альвеолярные мешочки лёгких,

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

а оттуда — в выдыхаемый воздух.

При этом концентрация этанола в воздухе

оказывается в среднем в 2 000 раз меньше, чем в крови.

on average, than in the blood.

When someone breathes into a breathalyzer,

Когда человек делает выдох в алкотестер,

the ethanol in their breath passes into a reaction chamber.

этанол с выдыхаемыми парами попадает в реакционную камеру.

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

Там он образует молекулу уксусной кислоты;

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

при этом происходит реакция, во время которой вырабатывается электрический ток.

The strength of the current indicates the amount of ethanol

Величина силы тока указывает на содержание этанола

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

в пробе воздуха и, соответственно, в крови.

In addition to the volatile organic compounds like ethanol

Помимо летучих органических соединений, таких как этанол,

we consume in food and drink,

который содержится в продуктах питания и напитках,

в результате биохимических процессов

the biochemical processes of our cells produce many others.

в наших клетках образуются и другие соединения.

And when something disrupts those processes, like a disease,

И когда эти процессы нарушаются из-за болезни или по другой причине,

the collection of volatile organic compounds in the breath

может измениться и состав летучих органических соединений.

may change, too.

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

Означает ли это, что мы можем выявить заболевание,

проанализировав выдыхаемые пары воздуха

without using more invasive diagnostic tools

и не прибегая к инвазивным диагностическим методам,

like biopsies, blood draws, and radiation?

таким как биопсия, забор крови и лучевая диагностика?

In theory, yes,

Теоретически — да,

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

однако диагностирование заболевания —

процедура гораздо более сложная, нежели определение алкоголя в крови.

To identify diseases,

Чтобы выявить заболевание на основе выдыхаемого воздуха,

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

необходимо провести анализ десятков органических соединений.

A given disease may cause some of these compounds

Если человек болен, концентрация одних соединений

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

может увеличиться или уменьшиться,

а других — остаться неизменной.

the profile is likely to be different for every disease,

Показатели, скорее всего, будут зависеть от каждого конкретного заболевания

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

или даже стадии одного заболевания.

For example, cancers are among the most researched candidates

К примеру, онкологические заболевания

являются наиболее исследованными и прекрасно подходят

for diagnosis through breath analysis.

для диагностирования по выдыхаемому воздуху.

One of the biochemical changes many tumors cause

Одним из биохимических изменений, вызываемых многими видами опухолей,

is a large increase in an energy-generating process

является ускорение процесса гликолиза,

сопровождающегося усиленным выделением энергии.

called glycolysis.

Known as the Warburg Effect,

Явление, известное как эффект Варбурга,

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

характеризуется ускорением гликолиза

и приводит к увеличению выработки таких метаболитов, как лактат,

which in turn can affect a whole cascade of metabolic processes

что в свою очередь оказывает влияние на целый ряд метаболических процессов

and ultimately result in altered breath composition,

и в конечном итоге вызывает изменение состава выдыхаемого воздуха,

possibly including an increased concentration of volatile compounds

включая, вероятно, повышенную концентрацию летучих соединений,

such as dimethyl sulfide.

таких как диметилсульфид.

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

Однако эффект Варбурга —

это лишь один из возможных показателей онкологического заболевания,

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

который не несёт в себе никакой информации о типе рака.

Many more indicators are needed to make a diagnosis.

Поэтому, чтобы поставить точный диагноз,

необходимо изучить множество других показателей.

To find these subtle differences,

Чтобы найти едва различимые отличия,

researchers compare the breath of healthy people

исследователи проводят сравнительный анализ

состава выдыхаемого воздуха здоровых людей

with the breath of people who suffer from a particular disease

и людей, страдающих определёнными заболеваниями,

using profiles based on hundreds of breath samples.

используя клинические характеристики сотен проб выдыхаемого воздуха.

This complex analysis requires a fundamentally different,

Проведение такого развёрнутого анализа требует совершенно иного,

more versatile type of sensor from the alcohol breathalyzer.

более универсального типа датчика, отличного от алкотестера.

Сегодня разрабатывается несколько таких приборов.

There are a few being developed.

Some discriminate between individual compounds

Одни датчики фиксируют различия между отдельными соединениями,

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

отслеживая, как те передвигаются по электрическим полям.

В основе других будут использоваться резисторы,

Others use an array of resistors made of different materials

сделанные из различных материалов,

that each change their resistance when exposed to a certain mix

сопротивление которых будет меняться в зависимости от состава смеси

of volatile organic compounds.

летучих органических соединений.

There are other challenges too.

Однако и здесь возникают сложности.

These substances are present at incredibly low concentrations—

Концентрация летучих органических соединений бывает невероятно мала —

typically just parts per billion,

как правило, их содержится единицы на миллиард,

что намного меньше, чем концентрация этанола в парах выдыхаемого воздуха.

much lower than ethanol concentrations in the breath.

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

Более того, содержание смеси летучих соединений

определяется и другими факторами,

including age, gender, nutrition, and lifestyle.

такими как возраст, пол, питание и образ жизни, а не только наличием заболевания.

Finally, there’s the issue

И, наконец, возникает вопрос,

of distinguishing which compounds in the sample

каким образом отделить соединения,

were produced in the patient’s body

образованные в организме человека,

and which were inhaled from the environment

от тех, которые попали в лёгкие извне незадолго до проведения анализа?

shortly before the test.

А пока эти вопросы остаются нерешёнными,

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

учёные не готовы ставить диагнозы на основе паров воздуха.

But preliminary clinical trials on lung, colon,

В то же время первые клинические испытания

по диагностированию рака лёгких, кишечника

and other cancers have had encouraging results.

и других видов рака демонстрируют обнадёживающие результаты.

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

И однажды ранняя диагностика рака

станет таким же привычным делом, как вдох и выдох.