Системы искусственного обоняния в диагностике нейродегенеративных заболеваний

Abstract

Нейродегенеративные заболевания представляют собой группу заболеваний нервной системы, которые характеризуются многолетней латентной стадией, многообразностью проявлений, связанных с неоднородностью симптомов, различной агрессивностью течения и прогрессирующей гибелью нейронов. Нейродегенеративные заболевания в основном диагностируются на основании клинических данных и дорогостоящих инвазивных и неинвазивных методов визуализации. Определенного лабораторного теста для диагностики нейродегенеративных заболеваний не существует. Выдыхаемый воздух является секрецией организма, и процесс его отбора прост и экономичен. Анализ выдыхаемого газа предлагает недорогой, неинвазивный метод для выявления большого количества заболеваний, в том числе нейродегенеративных. Молекулярные профили легколетучих органических соединений выдыхаемого воздуха для диагностики ряда нейродегенеративных заболеваний можно получить, анализируя дыхание человека с помощью «электронного носа». Идентификация легколетучих органических соединений и применение их в качестве специфичных биомаркеров нейродегенеративных заболеваний для получения точной, воспроизводимой и быстрой диагностики может служить альтернативой традиционным инвазивным методам. Обзор посвящен проблемам и достижениям последнего десятилетия (2014-2023 гг.) в сфере применения технологии «электронный нос» для определения и идентификации потенциальных легколетучих органических соединений нейродегенеративных процессов. В обзоре представлены исследования по обнаружению потенциальных летучих органических соединений в выдыхаемом воздухе пациентов с болезнями Альцгеймера, Паркинсона, рассеянного склероза, бокового амиотрофического склероза с помощью «электронного носа», газовой хроматографии-масс-спектрометрии. Обсуждаются тенденции развития и применения технологии «электронный нос» для оказания медицинской помощи, способной выполнять точные чувствительные определения ключевых летучих органических соединений в выдыхаемом воздухе.

Neurodegenerative diseases are a group of diseases of the nervous system that are characterized by a long-term latent stage, a variety of manifestations associated with heterogeneity of symptoms, different aggressiveness of the course, and progressive death of neurons. Neurodegenerative diseases are mainly diagnosed on the basis of clinical data and expensive invasive and non-invasive imaging techniques. There is no specific laboratory test for diagnosing neurodegenerative diseases. Exhaled air is the secretion of the body, and the process of its selection is simple and economical. Exhaled gas analysis offers an inexpensive, non-invasive method for detecting a wide range of diseases, including neurodegenerative ones. Molecular profiles of volatile organic compounds in exhaled air for the diagnosis of a number of neurodegenerative diseases can be obtained by analyzing human breath using an “electronic nose”. Identification of volatile organic compounds and their use as specific biomarkers of neurodegenerative diseases for obtaining accurate, reproducible and rapid diagnostics can serve as an alternative to traditional invasive methods. The review is devoted to the problems and achievements of the last decade (2014–2023) in the field of application of the "electronic nose" technology for determination and identification of potential highly volatile organic compounds of neurodegenerative processes. The review presents studies on the detection of potential volatile organic compounds in the exhaled air of patients with Alzheimer's disease, Parkinson's disease, multiple sclerosis, and amyotrophic lateral sclerosis using “electronic nose”, gas chromatography-mass spectrometry. Trends in the development and the use of "electronic nose" technology to provide medical care capable of performing accurate, sensitive determinations of key volatile organic compounds in the exhaled air are discussed.