Nariz eletrônico rápido e não invasivo para farejar COVID

npj Digital Medicine volume 5, Número do artigo: 115 (2022) Citar este artigo

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A abordagem de reação em cadeia da polimerase quantitativa por transcrição reversa (RT-qPCR) tem sido amplamente utilizada para detectar o coronavírus 2 da síndrome respiratória aguda grave (SARS-CoV-2). No entanto, em vez de usá-lo sozinho, os médicos geralmente preferem diagnosticar a doença de coronavírus 2019 (COVID-19) utilizando uma combinação de sinais e sintomas clínicos, exames laboratoriais, medição de imagem (por exemplo, tomografia computadorizada de tórax) e previsão clínica multivariável modelos, incluindo o nariz eletrônico. Aqui, relatamos o desenvolvimento e o uso de um método não invasivo e de baixo custo para detectar rapidamente o COVID-19 com base em um nariz eletrônico portátil (Genose C19), integrando uma variedade de sensores de gás semicondutor de óxido metálico, extração de recursos otimizada e aprendizado de máquina modelos. Esta abordagem foi avaliada em testes de perfil envolvendo um total de 615 amostras de respiração compostas por 333 amostras positivas e 282 amostras negativas. As amostras foram obtidas de 43 pacientes positivos e 40 negativos para COVID-19, respectivamente, e confirmadas com RT-qPCR em dois hospitais localizados na Região Especial de Yogyakarta, Indonésia. Quatro algoritmos diferentes de aprendizado de máquina (ou seja, análise discriminante linear, máquina de vetor de suporte, perceptron multicamada empilhado e rede neural profunda) foram utilizados para identificar os métodos de reconhecimento de padrões de melhor desempenho e obter uma alta precisão de detecção do sistema (88–95%) , níveis de sensibilidade (86–94%) e especificidade (88–95%) dos conjuntos de dados de teste. Nossos resultados sugerem que o GeNose C19 pode ser considerado um bafômetro de alto potencial para triagem rápida de COVID-19.

Os coronavírus contagiosos podem causar infecções intestinais e respiratórias em humanos e animais1,2. O surgimento de um novo coronavírus, oficialmente denominado coronavírus 2 da síndrome respiratória aguda grave (SARS-CoV-2), impôs sérios desafios à saúde global. A infecção por SARS-CoV-2, que causa a doença de coronavírus 2019 (COVID-19), foi encontrada no final de 2019 em Wuhan, província de Hubei, China, e posteriormente se espalhou como agente causador de uma pandemia contínua e crescente em mais de 200 países e territórios mundialmente3,4,5. Enquanto os outros coronavírus humanos encontrados anteriormente (por exemplo, HCoV-OC43, HCoV-NL63, HCoV-229E e HKU1) causaram apenas doenças respiratórias superiores leves em pacientes imunocompetentes, o SARS-CoV-2 foi considerado o terceiro coronavírus patogênico mortal ao longo do duas décadas após o aparecimento do SARS-CoV (2002–2003) na província de Guangdong, China, e do coronavírus da síndrome respiratória do Oriente Médio (MERS-CoV, 2012) nos países do Oriente Médio1,6. A pandemia de COVID-19 está associada a mortes significativas, especialmente em idosos e populações imunocomprometidas.

O método de reação em cadeia da polimerase quantitativa por transcrição reversa (RT-qPCR) tem sido rotineiramente utilizado para confirmar o diagnóstico de COVID-19 desde o início da pandemia. Até agora, essa técnica de diagnóstico que detecta o ácido ribonucleico (RNA) do SARS-CoV-2 tornou-se o teste mais amplamente aceito para a detecção do SARS-CoV-27. Várias amostras clínicas (ou seja, swabs nasais e faríngeos, escarro, fezes, sangue, líquido do lavado broncoalveolar e urina) podem ser empregadas8. Várias empresas e laboratórios desenvolveram kits de detecção baseados em PCR visando pelo menos duas regiões (genes) do genoma do SARS-CoV-2. A RT-qPCR é conhecida por sua alta especificidade em comparação com outros métodos de diagnóstico (por exemplo, ensaios de detecção de anticorpos e antígenos de proteínas do nucleocapsídeo). No entanto, o RT-qPCR ainda apresenta algumas limitações (ou seja, a necessidade de ser realizado por técnicos de saúde treinados profissionalmente, a exigência de ser realizado em um laboratório especializado, procedimento de amostragem invasiva e alto custo)9. Para os países desenvolvidos, a realização de exames massivos de RT-qPCR como meio de triagem e controle epidemiológico é uma prática comum devido aos seus recursos abundantes. No entanto, para os países em desenvolvimento, especialmente com renda média-baixa, tais recursos são considerados luxuosos. No entanto, parar as pandemias significa garantir que qualquer país do mundo tenha a capacidade de realizar uma triagem massiva e rápida continuada com isolamento e controle selecionados.