Respiro, non sangue: un dispositivo misura il consumo di grassi nell’aria espirata
I ricercatori dell’ETH di Zurigo hanno sviluppato un dispositivo di misurazione portatile in grado di rilevare la presenza dell’acetone, un marcatore metabolico, nell’alito con un’accuratezza quasi pari a quella di uno spettrometro di massa
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L’acetone è un sottoprodotto del metabolismo dei grassi che viene espulso attraverso i polmoni. Si forma quando l’organismo brucia i grassi anziché i carboidrati, come lo zucchero. I ricercatori dell’ETH di Zurigo hanno sviluppato un dispositivo per il test dell’alito in grado di rilevare l’acetone nell’aria espirata con elevata precisione. Il dispositivo ricorda molto gli etilometri utilizzati dalla polizia nei controlli stradali e può essere utilizzato in modo affidabile anche da persone non esperte, in combinazione con un’app per smartphone. Le persone possono quindi monitorare il proprio metabolismo dei grassi senza bisogno di assistenza professionale o analisi del sangue. Ciò potrebbe consentire, in futuro, di monitorare più da vicino e personalizzare in base alle esigenze individuali di ciascun paziente le diete, i trattamenti per i disturbi metabolici come il diabete e le terapie chetogeniche utilizzate, ad esempio, per l’epilessia.
«Quando si tratta di diete, non esiste una regola generale valida per tutti. Idealmente, le persone dovrebbero monitorarsi autonomamente per vedere come reagisce il proprio metabolismo», spiega Andreas Güntner, professore di Sensori Molecolari presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e dei Processi del Politecnico Federale di Zurigo (ETH). «Sono inoltre necessari metodi che possano essere eseguiti in modo autonomo e che forniscano risultati affidabili, analogamente alle misurazioni della glicemia per i diabetici». Il gruppo di ricerca di Güntner ha sviluppato il dispositivo di misurazione in collaborazione con Alivion, spin-off dell’ETH, e ne ha testato l’affidabilità insieme all’Ospedale universitario di Zurigo.
Misurazioni precise fuori dal laboratorio
In uno studio di validazione condotto su 12 adulti, i ricercatori hanno confrontato 312 letture dell’alito registrate con il nuovo dispositivo di misurazione con i risultati delle analisi del sangue e con le misurazioni effettuate da uno spettrometro di massa ad alta precisione – il gold standard analitico. Le misurazioni sono state effettuate in diversi scenari metabolici: con attività fisica leggera e intensa e con varie diete. Ciò ha rivelato che i risultati ottenuti dal dispositivo portatile erano praticamente identici a quelli di laboratorio. Inoltre, il nuovo dispositivo di misurazione ha fornito risultati affidabili per un periodo di mesi.
In sostanza, il dispositivo portatile recentemente testato si basa su una tecnologia di sensori sviluppata presso l’ETH di Zurigo da oltre 10 anni e presentata per la prima volta nel 2017. Già all’epoca, Güntner e i suoi coautori erano riusciti a dimostrare che i sensori di gas da loro sviluppati erano così sensibili da poter rilevare una singola molecola di acetone in cento milioni di altre molecole.
Risultati riproducibili grazie al filtro e all’app
Secondo i ricercatori, le letture degli etilometri per l’acetone attualmente disponibili hanno una riproducibilità limitata e sono in grado di rilevare solo cambiamenti metabolici marcati. Essi non reagiscono solo all’acetone, ma anche ad altri componenti dell’aria espirata, ad esempio se i soggetti del test hanno mangiato o bevuto qualcosa in precedenza.
I ricercatori hanno quindi sviluppato un filtro che blocca le molecole che causano interferenze e un’app per smartphone che guida i soggetti in tempo reale mentre espirano. «Il dispositivo misura il volume dell’aria espirata e preleva un campione proveniente dal profondo dei polmoni solo dopo un certo tempo», spiega l’autrice principale Simone Hersberger, aggiungendo: «Altrimenti, ogni lettura risulterebbe leggermente diversa». Affinché ciò funzioni, i dispositivi vengono inizialmente calibrati e adattati al volume polmonare del paziente.
Dalla ricerca di base al prodotto
Il successo dello studio di validazione rappresenta una tappa fondamentale per i ricercatori. «Siamo riusciti a dimostrare che il nostro dispositivo è in grado di rilevare con precisione e affidabilità lievi differenze nel metabolismo dei grassi», afferma Hersberger, dottoranda dell’ETH. Ulteriori studi mirano ora a dimostrare se il nuovo dispositivo di misurazione possa effettivamente essere utilizzato per personalizzare le terapie dei disturbi metabolici. In collaborazione con l’Ospedale pediatrico universitario di Zurigo, i ricercatori stanno attualmente valutando se il dispositivo portatile possa aiutare i bambini affetti da epilessia a monitorare meglio la loro dieta chetogenica. Altri campi di applicazione sono il monitoraggio e l’ottimizzazione delle diete mediche o delle cosiddette terapie con GLP-1 tramite iniezioni dimagranti. Si stanno inoltre valutando applicazioni nello sport amatoriale.
La spin-off dell’ETH Alivion AG ha lanciato il dispositivo con il nome di «Nutrion». Attualmente viene impiegato in studi di ricerca internazionali e in strutture mediche. Per espandersi ulteriormente e aprire nuovi campi di applicazione, Alivion è alla ricerca di ulteriori partner industriali e investitori strategici. «Questo esempio dimostra come i risultati della ricerca di base possano essere messi in pratica e, in ultima analisi, aiutare la società», afferma il professor Andreas Güntner dell’ETH.
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