Il fiuto dei cani e l’intelligenza artificiale forniscono nuovi indizi sul Long COVID

Perché i cani appositamente addestrati sono in grado di riconoscere le persone affette da Long COVID? E le impronte olfattive percepite dagli animali possono essere rilevate anche con moderne tecniche analitiche e l’intelligenza artificiale? Queste sono le domande al centro del progetto di ricerca «COVID Dogolomics», a cui collaborano ricercatori dell’Università Tecnica di Braunschweig, dell’Università di Medicina di Hannover (MHH) e dell’Università di Medicina Veterinaria di Hannover (TiHo). Il lavoro di ricerca è stato premiato in occasione del simposio conclusivo della rete di ricerca COVID-19 della Bassa Sassonia (COFONI). I risultati saranno inoltre presentati alla conferenza internazionale «Metabolomics 2026» a Buenos Aires.

Alla ricerca di caratteristiche oggettive per il Long COVID

Sebbene milioni di persone in tutto il mondo siano affette da Long COVID, finora mancano procedure diagnostiche oggettive. Sintomi quali affaticamento cronico, difficoltà di concentrazione, disturbi respiratori o intolleranza allo sforzo si manifestano anche in altre patologie e rendono difficile una diagnosi univoca.

«Per molte persone colpite la situazione rimane difficile ancora oggi, perché non comprendiamo ancora esattamente quali processi biologici stiano alla base del Long COVID», afferma il professor Karsten Hiller, direttore del dipartimento di Bioinformatica e Biochimica presso l’Università Tecnica di Braunschweig. «Per questo motivo stiamo cercando alterazioni metaboliche misurabili che possano aiutarci a caratterizzare meglio la malattia e a sviluppare, nel lungo termine, metodi diagnostici più oggettivi».

La base analitica del progetto è stata sviluppata presso l’Università Tecnica di Braunschweig. Nella sua tesi di dottorato, Lea Woyciechowski ha messo a punto un nuovo metodo per l’analisi dei metaboliti volatili in campioni di urina di dimensioni molto ridotte. La metodologia, pubblicata sulla rivista specializzata «Metabolites», costituisce la base per le ricerche ora presentate. Grazie a questo metodo è possibile rilevare con alta risoluzione i cosiddetti composti organici volatili (Volatile Organic Compounds, VOC) e utilizzarli per ulteriori analisi con tecniche di apprendimento automatico.

Il progetto riunisce le competenze cliniche della Facoltà di Medicina di Hannover guidata dal Prof. Dr. Georg Behrens, i lavori sui cani da fiuto in ambito medico presso l’Università di Medicina Veterinaria di Hannover sotto la guida del Prof. Dr. Holger Volk, nonché le ricerche analitiche e bioinformatiche del Dipartimento di Bioinformatica e Biochimica dell’Università Tecnica di Braunschweig sotto la guida del Prof. Dr. Karsten Hiller. Insieme, i partner perseguono l’obiettivo di comprendere meglio le firme biologiche della sindrome post-COVID e di sviluppare, a lungo termine, nuovi approcci diagnostici.

Nell’ambito del progetto, la Facoltà di Medicina di Hannover ha messo a disposizione coorti di pazienti e campioni biologici. L’Università di Medicina Veterinaria di Hannover ha verificato, con l’ausilio di cani da fiuto appositamente addestrati, se i campioni relativi al Long-COVID potessero essere riconosciuti in base al loro odore. I ricercatori dell’Università Tecnica di Braunschweig hanno analizzato gli stessi campioni utilizzando la più moderna spettrometria di massa e hanno sviluppato metodi di apprendimento automatico per decifrare i modelli metabolici sottostanti.

I risultati

I risultati sono stati notevoli: i cani sono riusciti a distinguere in modo affidabile i campioni di Long COVID da quelli di controllo sani e persino da quadri clinici simili. Ciò suggerisce che il Long COVID potrebbe essere associato a una firma olfattiva caratteristica. Ma quali cambiamenti biologici si nascondono dietro questo odore?

Dal naso del cane alla spettrometria di massa

È qui che entra in gioco il lavoro di Lea Woyciechowski. La dottoranda del dipartimento di Bioinformatica e Biochimica ha sviluppato un nuovo metodo analitico che consente di rilevare ad alta risoluzione i composti organici volatili (VOC) da campioni di urina molto piccoli. Queste molecole sono prodotti del metabolismo e possono fornire indicazioni su processi fisiologici o patologici.

«I prodotti metabolici volatili sono, in un certo senso, le impronte chimiche dei processi biologici», spiega Lea Woyciechowski. «Volevamo scoprire se la firma che i cani percepiscono potesse essere rilevata anche analiticamente e descritta con metodi basati sui dati».

In questo modo è stato possibile identificare modelli caratteristici che distinguono i campioni di Long-COVID dai gruppi di controllo.

Due sistemi completamente diversi riconoscono la stessa firma

È particolarmente interessante il fatto che i risultati dei cani e le analisi analitiche coincidessero sorprendentemente bene: i campioni che i cani avevano identificato come anomali mostravano modelli metabolici caratteristici anche nei modelli statistici. Ciò significa che due sistemi fondamentalmente diversi indicano gli stessi cambiamenti associati alla malattia.

«Il fatto che due sistemi di rilevamento completamente diversi riconoscano indipendentemente l’uno dall’altro la stessa firma è scientificamente molto interessante», afferma il professor Hiller. «Questo ci dà ulteriore certezza che stiamo effettivamente osservando alterazioni biologiche rilevanti e non solo effetti casuali di natura statistica».

I risultati forniscono quindi nuove indicazioni sul fatto che la sindrome post-COVID sia associata ad alterazioni misurabili del metabolismo. Allo stesso tempo, dimostrano il potenziale insito nella combinazione di sistemi di rilevamento biologici e analisi moderna dei dati.

Prossimi passi: le molecole alla base del Long COVID

I ricercatori si trovano ora di fronte al prossimo passo importante. Sebbene siano già stati identificati diversi candidati che contribuiscono in modo determinante alla differenziazione dei campioni, la loro esatta struttura chimica non è ancora stata completamente chiarita. Nei prossimi anni queste molecole dovranno essere identificate con certezza e successivamente verificate sperimentalmente. La domanda centrale è: sono davvero questi composti quelli percepiti dai cani?