Vários estudos já mostraram que cães treinados podem detetar muitos tipos de doenças, incluindo cancro do pulmão, mama, ovário, bexiga e próstata e, possivelmente, Covid-19, de uma forma simples: através do olfato. Em alguns casos, como é o do cancro da próstata, por exemplo, os cães apresentam uma taxa de sucesso de 99% na deteção da doença, cheirando amostras de urina dos pacientes. Agora, há um sistema farejador de doenças que pode vir a rivalizar com esta capacidade.

Mas é preciso tempo para treinar estes cães, e a sua disponibilidade e tempo são limitados. Os cientistas estão, por isso, à procura de formas de automatizar as incríveis capacidades olfativas do nariz e do cérebro caninos através de um dispositivo compacto.

Agora, uma equipa de investigadores do MIT e de outras instituições criou um sistema que pode detetar o conteúdo químico e microbiano de uma amostra de ar com sensibilidade ainda maior do que o nariz de um cão, capacidade que foi adicionada a um processo de aprendizagem de máquina, capaz de identificar as características distintas das amostras portadoras de doenças.

As descobertas, que os cientistas acreditam poder originar, um dia, um sistema automatizado de deteção de odores pequeno o suficiente para ser incorporado num smartphone, são publicadas na revista PLOS One.

Sistema farejador de doenças em miniatura

“Os cães têm-se mostrado os primeiros e mais precisos detetores de doenças”, refere Andreas Mershin, do MIT. E o seu desempenho em testes controlados excedeu, em alguns casos, o dos melhores testes de laboratório atuais, acrescenta. 

Aparentemente, os cães conseguem captar conexões que até agora têm iludido os investigadores humanos: quando treinados para responder a amostras de pacientes com um tipo de cancro, alguns cães identificaram vários outros tipos, embora as semelhanças entre as amostras não fossem evidentes para os humanos.

Estes cães podem identificar “cancros que não têm assinaturas biomoleculares idênticas”, refere Mershin. Usando ferramentas analíticas poderosas, incluindo espectrometria de massa por cromatografia gasosa (GCMS) e perfil microbiano, “se analisarmos as amostras de, digamos, cancro da pele e da bexiga e cancro da mama e do pulmão – que o cão demonstrou ser capaz detetar – eles não têm nada em comum”. Ainda assim, o cão pode, de alguma forma, generalizar a partir de um tipo de cancro e ser capaz de identificar os outros.

Ao longo dos últimos anos, Mershin e a sua equipa desenvolveram e continuaram a melhorar um sistema detetor miniaturizado, que incorpora recetores olfativos de mamíferos, estabilizados para atuar como sensores, cujos fluxos de dados podem ser tratados em tempo real pelos recursos de um smartphone comum.

E preveem que, um dia, cada telefone terá disponível um detetor de cheiro, tal como acontece com as câmaras fotográficas. Estes detetores, equipados com algoritmos avançados desenvolvidos através de aprendizagem de máquina, vão poder detetar sinais precoces de doenças muito mais cedo do que os regimes de rastreio típicos e podem até alertar sobre fogo ou fugas de gás.

Nos últimos estudos, a equipa testou 50 amostras de urina de casos confirmados de cancro da próstata e casos de controlo conhecidos como livres da doença, usando cães treinados e no Reino Unido e o sistema de deteção miniaturizado.

Aplicaram então um programa de aprendizagem de máquina para descobrir quaisquer semelhanças e diferenças entre as amostras que pudessem ajudar o sistema baseado no sensor a identificar a doença. Ao testar as mesmas amostras, o sistema artificial foi capaz de igualar as taxas de sucesso dos cães, com ambos os métodos a marcarem mais de 70%.

Um trabalho que custa muito caro

O sistema farejador de doenças miniaturizado, diz Mershin, é na verdade 200 vezes mais sensível do que o nariz de um cão em termos de ser capaz de detetar e identificar pequenos traços de moléculas diferentes, conforme confirmado por testes controlados. Mas em termos de interpretação dessas moléculas, “é 100% mais burro”. É aí que entra a aprendizagem de máquina, para tentar encontrar os padrões evasivos que os cães podem inferir a partir do cheiro, mas os humanos não foram capazes de entender a partir de uma análise química.

“Os cães não conhecem química”, afirma Mershin. “Não veem uma lista de moléculas a aparecer nas suas cabeças. Quando cheira uma chávena de café, não vê uma lista de nomes e concentrações, sente uma sensação integrada. Essa sensação de caráter olfativo é o que os cães podem extrair.”

Embora o aparato físico para detetar e analisar as moléculas no ar esteja em desenvolvimento há vários anos, com muito foco na redução do seu tamanho, até agora faltava a análise. “Sabíamos que os sensores já são melhores do que os cães podem fazer em termos de limite de deteção, mas o que não mostramos antes é que podemos treinar uma aprendizagem de máquina para imitar os cães”, afirma.

“E agora já mostramos que podemos fazer isso. Mostramos que o que o cão faz pode ser replicado até certo ponto.”

Esta conquista, dizem os especialistas, fornece uma estrutura sólida para pesquisas futuras e desenvolvimento do sistema farejador de doenças a um nível adequado para uso clínico. Mershin espera poder testar um conjunto muito maior de amostras, talvez 5.000, para apontar com mais detalhes os indicadores significativos de doença.

Mas estes testes não são baratos: custa cerca de 1.000 dólares por amostra, para amostras clinicamente testadas e certificadas de urina portadora de doenças e sem doenças recolhidas, documentadas, enviadas e analisadas.