浙大開發出電子鼻可通過氣味診斷帕金森
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帕金森(Parkinson’s disease,PD)是一種神經系統疾病,會導致運動症狀,例如震顫、僵硬和行走困難,以及包括抑鬱和癡呆症在內的非運動症狀。雖然無法治癒,但早期診斷和治療可以提高患者的生活質量,緩解症狀,延長生存期。然而,早期症狀卻難以察覺,因此一旦出現肢體震顫、認知障礙等症狀,病情一般已經發展到了難以治療的晚期階段。
PD作爲一種神經系統疾病,需要患者的臨牀體徵、超聲檢查以及神經電生理檢查等纔可以確診。幾年前,科學家發現一位名叫Joy Milne的女性可以從神經退行性疾病的患者身上可以“嗅出”帕金森病,一度成爲公衆關注焦點。從那時起,研究人員一直試圖製造一種可以通過人體皮膚散發的氣味來診斷帕金森的設備。
近日,來自浙江大學等研究機構在國際知名期刊ACS Omega上發表了題爲“Artificial Intelligent Olfactory System for the Diagnosis of Parkinson’s Disease”的研究成果,研究人員開發了一種便攜式人工智能嗅覺(Artificial Intelligent Olfactory, AIO)系統,或稱“電子鼻”,這種系統可通過皮膚散發的氣味診斷受試者是否患有帕金森病。
研究人員發現帕金森氏症患者會分泌更多的皮脂(一種由皮膚皮脂腺產生的油性蠟狀物質),同時帕金森病也會促使身體中酵母、某些酶和激素的增加,這些物質結合在一起就會產生某種特定氣味。儘管像Milne這樣的“超級嗅覺者”非常罕見,但研究人員已經使用氣相色譜-質譜法(GC-MS)分析了PD患者皮脂中具有氣味的化合物,鑑於儀器體積龐大、處理速度慢且價格昂貴,研究人員希望儘快開發一種快速、易用、便攜且廉價的氣相色譜系統,通過氣味診斷帕金森,使其適用於醫療單位快速檢測。
研究人員將GC與表面聲波傳感器和嵌入式機器學習(ML)算法相結合,建立了用於通過氣味診斷帕金森的人工智能嗅覺系統。該研究團隊共徵集了63位受試人員,其中包括31名帕金森病患者和32名健康受試者(對照組),通過用紗布擦拭參與者的上背部,收集用於做研究的皮脂樣本。研究人員進一步用電子鼻分析了紗布中散發出的揮發性有機物,發現三種氣味化合物辛醛、乙酸己酯和紫蘇醛在兩組之間存在顯著差異,然後利用這些化合物建立了帕金森診斷模型。
接下來,研究人員利用該模型分析了另外12名PD患者和12名健康對照者(驗證集)的皮脂,發現預測PD的準確率爲70.8%(僅僅基於用於建模的三種化合物的識別)。當使用該模型識別真正PD患者時,其敏感性高達91.7%,但其特異性僅爲50%,表明假陽性率很高。這是由於當患者皮脂中其它干擾化合物的保留時間與以上三種生物標誌物的保留時間相同時,AIO系統會默認爲上述三種化合物,從而出現假陽性。
研究人員表示,在電子鼻準備好用於臨牀之前,團隊還需要進行更多的實驗以提高模型的準確率。期望以後各種普通診所和醫療單位能夠使用這種小型的、便捷式的設備對PD患者進行檢測。
▼ 帕金森病藥物治療現狀
帕金森病的治療關鍵在於改善症狀的同時控制併發症,目前尚無完全治癒方法,但利用綜合治療手段能夠改善症狀,延緩疾病進展,顯著提高患者的工作能力和生活質量。其中藥物治療作爲主要的治療手段,其策略主要是解決多巴胺(Dopamine,DA)能神經元丟失引起的DA減少及相應功能喪失的問題,在帕金森的全程治療中發揮着舉足輕重的作用。
在帕金森出現早期,藥物治療療效顯著且持久,患者彷彿又回到健康的狀態,這個時期被稱爲“蜜月期”,一般可維持3~5年。但隨着病程的進展,蜜月期消退,運動併發症會逐漸出現,一個是“劑末現象”,也就是藥物使用的末端出現症狀加重,是藥效時間縮短的表現;另一個是“異動症”,患者會在大劑量使用左旋多巴製劑後出現肢體或頭頸部不自主扭動,一般在藥物起效最高峯出現。
目前臨牀上有多種可以改善 PD 症狀的藥物,包括複方左旋多巴、多巴胺受體激動劑(DAs)、單胺氧化酶 B 型抑制劑(MAOBI)、兒茶酚-O-甲基轉移酶抑制劑(COMTI)、抗膽鹼能藥、金剛烷胺等。
由此可見,帕金森治療藥物衆多,每一類藥物都有其的優劣勢,在臨牀選擇藥物時應充分考慮到以患者爲中心,根據患者的個人情況,如年齡、症狀表現、疾病嚴重程度、共患病、經濟承受能力和藥物不良反應等進行藥物選擇和調整。
藥物治療的目標是改善帕金森運動和非運動症狀,提高生活質量的同時避免藥物治療帶來的副作用,達到治療作用和副作用之間的平衡點,這在病程早期比較容易實現,但到了中晚期隨着患者服用的藥物種類增多和劑量增加,處理起來確實比較複雜和困難。
▼ 全球帕金森病藥物研發現狀
帕金森病發病的主要機理是腦內α-突觸核蛋白異常沉積導致病理改變而產生臨牀症狀,現有藥物大多對症治療,還沒有對因治療藥物的上市。儘管現有藥物顯示出了延緩疾病進展的作用,但目前幾乎所有可用的帕金森病治療本質上均爲對症治療,疾病改善治療的效果一般。而且經典的抗PD治療會帶來一些如運動併發症的不良反應和耐藥性,故臨牀上仍有大量需求未滿足。越來越多的新靶點和新療法隨着對PD瞭解的深入和技術的進步而涌現出來。
目前正在進行臨牀試驗的帕金森病治療藥物有156項,其中,對症治療相關的研究共計91項(58.3%),疾病修飾治療相關的研究共計65項(41.7%)。156項研究中,處於臨牀 I期的有54項(34.6%),臨牀 II期的有73項(46.8%),臨牀III期的有29項(18.6%)。
按照治療藥物類別分類,研究主要集中在多巴胺能症狀緩解藥物、非多巴胺能症狀緩解藥物、GLP-1受體激動劑、靶向α-突觸核蛋白靶點藥物以及基因療法/幹細胞療法等。
近年來,隨着生命科學技術的發展,無論是對帕金森的認識還是診療方法都有了很大進步。另外帕金森研究的勢頭仍在繼續,現在有廣泛的療法正在進行臨牀試驗,也許前路漫漫,但未來總會有一些新作用機制、新靶點藥物上市,爲深受疾病困擾的患者帶來治療希望。我們期待未來有越來越多的新藥進入臨牀,進一步豐富PD患者的治療選擇。
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