Przełom we wczesnym wykrywaniu raka płuc może przynieść wynalazek opracowany przez dr. Amila Aligayeva z Centrum Doskonałości NOMATEN w Narodowym Centrum Badań Jądrowych (NCBJ). Stworzony przez niego biosensor potrafi wykryć charakterystyczne zmiany w oddechu pacjenta, wykorzystując do tego zaawansowane technologie chemiczne i sztuczną inteligencję. Pełne wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Chemical Engineering Journal w artykule: “Dual-mode SERS and colorimetric sensor for lung cancer VOC-biomarker detection using hydrogel patches”.

W pierwszych stadiach choroba nie daje wyraźnych objawów, dlatego diagnoza często pojawia się dopiero w momencie, gdy skuteczne leczenie staje się trudne. Naukowcy od lat poszukują metod, które pozwoliłyby na wykrycie choroby zanim rozwinie się w pełni. Jednym z najbardziej obiecujących kierunków badań jest analiza wydychanego powietrza – zawiera ono tzw. lotne związki organiczne (VOCs), których skład zmienia się w zależności od stanu zdrowia.

Szczególną uwagę zwrócono na heksanal, związek chemiczny, którego stężenie w oddechu osób chorych na raka płuc jest znacznie wyższe niż u osób zdrowych. Problemem było dotąd wykrywanie go w bardzo niskich stężeniach – sięgających zaledwie pojedynczych cząsteczek na miliard.

Dr Amil Aligayev wraz z zespołem naukowców z Uniwersytetu Południowo-Wschodniego w Chinach i Politechniki Warszawskiej opracował nowy biosensor, który rozwiązuje ten problem. Wykorzystuje on technikę rozpraszania Ramana (SERS) oraz zjawisko detekcji kolorymetrycznej, dzięki czemu reaguje na obecność heksanalu zarówno zmianą sygnału świetlnego, jak i koloru. Sensor zbudowany jest z hydrożelu zawierającego nanosześciany srebra otoczone warstwami kobaltu i niklu. Po kontakcie z heksanalem materiał przybiera intensywny błękitny kolor, co umożliwia szybkie rozpoznanie biomarkera gołym okiem – bez konieczności używania specjalistycznej aparatury. Zespół badawczy opracował także system ColorSeek, oparty na konwolucyjnej sieci neuronowej, który analizuje barwę sensora w czasie rzeczywistym. Program osiąga skuteczność przekraczającą 95% i może działać na komputerze lub smartfonie, przekształcając biosensor w mobilne, przyjazne dla użytkownika narzędzie diagnostyczne.

Dzięki wykorzystaniu hydrożelu biosensor można przygotować również w formie maseczki lub nakładki, która analizuje oddech podczas normalnego użytkowania. W testach klinicznych przeprowadzonych na pacjentach z rakiem płuc oraz w grupie kontrolnej uzyskano wyraźne różnice między analizowanymi próbkami – zarówno w pomiarach instrumentalnych, jak i wizualnych.