Nella medicina di un futuro non troppo lontano, grazie alle nuove tecnologie, lo screening per tumori e malattie gravi si farà soffiando in un tubo, simile a quello dell’alcol test, con risposte in pochi minuti. Questo l’obiettivo della ricerca che sta portando avanti il Laboratorio PolySense del Dipartimento Interateneo di Fisica dell’Università Aldo Moro di Bari e del Politecnico di Bari, unico Dipartimento di Fisica del sud Italia ad essere insignito dal ministero dell’Università con la qualifica di Dipartimento di eccellenza 2023-2027.
Il laboratorio, diretto dal prof. Vincenzo Spagnolo, è un’eccellenza internazionale nella sensoristica e un hub mondiale nella progettazione di un sensore basato su spettroscopia ottica compatto, portatile e potenzialmente utilizzabile anche da personale non qualificato, che, attraverso l’analisi del respiro, monitorerà la presenza ricorrente di certe combinazioni di composti organici volatili (VOCs) al fine di diagnosticare la presenza di diverse patologie e tumori, dando una risposta in pochi minuti. Entro un anno, questa l’ambizione dei ricercatori dei laboratori PolySense che stanno lavorando senza sosta al progetto, sarà disponibile un prototipo di questo sensore che potrà essere testato in ospedale e potrebbe in un prossimo futuro essere immesso in commercio, rendendo dunque possibile fare screening di massa con un semplice soffio.
Rispetto ai sensori di analisi del respiro già oggi disponibili, il nuovo macchinario fornirà i risultati molto più rapidamente (con risultati disponibili in 5 minuti invece delle tipiche 1-2 ore attuali); lo screening potrà essere svolto ovunque e non necessariamente in laboratorio (quindi ad esempio nei gazebo delle farmacie allestiti per i tamponi Covid; sui camioncini ambulanti delle Asl durante le campagne di prevenzione); e potrà essere fatto anche da personale non qualificato. L’avanzamento delle ricerche sarà documentato nel corso di un workshop che si terrà il 5 aprile prossimo nel Dipartimento Interateneo di Fisica di Bari.
Come funzionerà. Grazie all’intelligenza artificiale, dopo che il paziente avrà soffiato in un tubo (esattamente come avviene per l’alcol test) la macchina sarà in grado di captare l’eventuale presenza di determinati pattern di molecole catalogati come indicatori della presenza di patologie e misurare nel respiro la concentrazione dei VOCs correlati. Potrà essere utilizzato un sistema di risposta semplice tipo semaforo che indicherà o meno la necessità di approfondimenti diagnostici di secondo livello.
L’analisi del respiro. Nel respiro si trovano VOCs endogeni, prodotti da processi metabolici che si originano in organi e tessuti presenti nelle varie parti del corpo. Indipendentemente da dove vengono prodotti, attraverso il sangue e la circolazione cardiovascolare i VOCs raggiungono i polmoni e sono quindi espirati. Lo studio e il monitoraggio di questi VOCs nel respiro umano rappresenta un nuovo campo della biomedicina chiamato breathomica che analizza, quindi, la composizione molecolare del respiro e le sue modificazioni indotte dalla presenza di malattie. Il nuovo sensore allo studio del Dipartimento di Fisica di Bari sarà uno strumento, rapido ed in grado di permettere screening di massa, per tramutare in realtà questi studi.
Le malattie. Le malattie i cui marcatori potranno essere scovati attraverso il respiro sono i tumori, dal polmone al colon, dal fegato al pancreas e i reni; le ulcere gastriche; il diabete; la fibrosi cistica, l’asma, etc.. Già oggi alcuni cani addestrati riescono a scovare il tumore del colon-retto mediante l’olfatto, con una sensibilità che arriva al 99%. I ricercatori vogliono eguagliare, tramite la sensoristica ottica e l’intelligenza artificiale, la sensibilità e la specificità dell’olfatto del cane con sistemi che aggiungano anche la standardizzazione della rilevazione.
I vantaggi. I vantaggi di uno screening di massa di tumori e altre malattie gravi tramite il respiro con sensori ottici sono svariati. Quando il sensore in fase di studio e realizzazione presso il laboratorio PolySense sarà realtà e disponibile in commercio, sarà fornita una diagnostica medica di prima linea non invasiva, che potrà essere potenzialmente utilizzata su tutti i pazienti, compresi quelli allettati, anziani, ricoverati e anche sui neonati e potenzialmente anche su cavie di laboratorio.
Sarà inoltre una misurazione che si può effettuare in modo ripetibile, in continuo e con risultati praticamente in tempo reale e applicabili su larga scala per screening di massa (un po’ – come tempistiche e eseguibilità – come è stato con i tamponi nasali Covid-19 nei gazebo delle farmacie). Sarà inoltre un macchinario utilizzabile anche per studiare il follow-up di pazienti sottoposti a cure farmaceutiche e/o chirurgiche.
Medicina del lavoro. Il nuovo sensore potrà infine aver un impiego anche nella medicina del lavoro: potrà infatti captare nel respiro la presenza di sostanze esogene inquinanti e potenzialmente cancerogene, come il benzene o altri cancerogeni non prodotti naturalmente dall’uomo ed a cui il lavoratore è stato esposto.
Il commento del direttore del Dipartimento. “Il Dipartimento Interateneo di Fisica dell’Università di Bari si conferma ancora una volta un luogo di sapere all’avanguardia – commenta il direttore del Dipartimento, Roberto Bellotti – che stimola le nuove scoperte scientifiche, il proliferare di idee e dà impulso al Sud Italia per affermarsi come eccellenza non solo nel nostro Paese ma anche a livello internazionale”.
