Emily Robart, coordinatrice de la recherche clinique à l'Université de l'Ohio, fait la démonstration du test d'alcootest Covid-19 actuellement en cours d'examen par la FDA, à Columbus, Ohio, le 2 juillet 2021. (The New York Times)
En mai, des musiciens de dizaines de pays se sont rendus à Rotterdam, aux Pays-Bas, pour le concours Eurovision de la chanson. Au cours de la compétition, les interprètes vêtus de robes à paillettes, de couronnes ornées ou, dans un cas, d'une énorme paire d'ailes d'ange ceinturées et se sont battus pour leur chance au titre.
Mais avant ils étaient même autorisés à monter sur scène, ils devaient passer un autre test : un alcootest.
À leur arrivée sur les lieux, les musiciens ont été invités à expirer dans un appareil de la taille d'une bouteille d'eau appelé SpiroNose, qui analysait les composés chimiques dans leur souffle pour détecter les signatures d'une infection à coronavirus. Si les résultats étaient négatifs, les artistes étaient autorisés à concourir.
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Le SpiroNose, fabriqué par la société néerlandaise Breathomix, n'est que l'un des nombreux tests Covid-19 basés sur l'haleine en cours de développement à travers le monde. En mai, l'agence de santé de Singapour a accordé une autorisation provisoire à deux de ces tests, effectués par les sociétés nationales Breathonix et Silver Factory Technology. Et des chercheurs de l'Ohio State University disent avoir demandé à la Food and Drug Administration américaine une autorisation d'urgence de leur alcootest Covid-19.
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« C'est clair maintenant , je pense que vous pouvez détecter cette maladie avec un test respiratoire », a déclaré Paul Thomas, chimiste à l'Université de Loughborough en Angleterre. “Ce n'est pas de la science-fiction.”
Les scientifiques s'intéressent depuis longtemps à la création d'appareils portables capables de dépister rapidement et sans douleur une personne pour une maladie simplement en respirant son souffle. Mais réaliser ce rêve s'est avéré être un défi. Différentes maladies peuvent provoquer des changements respiratoires similaires. Le régime alimentaire peut affecter les produits chimiques qu'une personne expire, tout comme le tabagisme et la consommation d'alcool, ce qui complique potentiellement la détection des maladies.
Pourtant, selon les scientifiques, les progrès de la technologie des capteurs et de l'apprentissage automatique, combinés à de nouvelles recherches et à de nouveaux investissements stimulés par la pandémie, signifient que le moment des alcootests de détection des maladies est peut-être enfin arrivé.
« J'ai été travaille dans le domaine de la recherche sur l'haleine depuis près de 20 ans maintenant », a déclaré Cristina Davis, ingénieure à l'Université de Californie à Davis. “Et pendant ce temps, nous l'avons vu passer d'un stade naissant à vraiment quelque chose qui, je pense, est sur le point d'être déployé.”
La biologie de la respiration
La respiration humaine est complexe. Chaque fois que nous expirons, nous libérons des centaines de gaz appelés composés organiques volatils, ou sous-produits de COV de la respiration, de la digestion, du métabolisme cellulaire et d'autres processus physiologiques. La maladie peut perturber ces processus, modifiant le mélange de COV émis par le corps.
Les personnes atteintes de diabète, par exemple, peuvent avoir une haleine fruitée ou sucrée. L'odeur est causée par les cétones, des produits chimiques produits lorsque le corps commence à brûler les graisses au lieu du glucose pour produire de l'énergie, un état métabolique connu sous le nom de cétose.
“L'idée que l'haleine expirée pourrait contenir un potentiel de diagnostic existe depuis un certain temps”, a déclaré Davis. “Il existe des rapports dans les textes de formation médicale en grec ancien et en chinois ancien qui font référence à l'utilisation de l'odorat par un médecin comme moyen d'aider à guider sa pratique clinique.”Les technologies modernes peuvent détecter des changements chimiques plus subtils et les algorithmes d'apprentissage automatique peuvent identifier des modèles dans les échantillons d'haleine de personnes atteintes de certaines maladies. Ces dernières années, les scientifiques ont utilisé ces méthodes pour identifier des « empreintes respiratoires » uniques pour le cancer du poumon, les maladies du foie, la tuberculose, l'asthme, les maladies inflammatoires de l'intestin et d'autres affections. (Davis et ses collègues ont même utilisé des profils de COV pour distinguer les cellules qui avaient été infectées par différentes souches de grippe.)
Avant le coup de Covid, Breathomix avait développé un nez électronique pour détecter plusieurs autres maladies respiratoires.
« Nous entraînons notre système : « D'accord, c'est comme ça que l'asthme sent, comme ça sent le cancer du poumon », a déclaré Rianne de Vries, directrice technologique et scientifique de l'entreprise. “Il s'agit donc de créer une grande base de données et de trouver des modèles dans les mégadonnées.”
L'année dernière, la société et de nombreux autres chercheurs dans le domaine ont pivoté et ont commencé à essayer d'identifier une empreinte respiratoire pour Covid-19. Lors de la flambée initiale du virus au printemps 2020, par exemple, des chercheurs britanniques et allemands ont collecté des échantillons d'haleine de 98 personnes qui se sont présentées dans des hôpitaux avec des symptômes respiratoires. (Les participants ont été invités à expirer dans un tube jetable ; les chercheurs ont ensuite utilisé une seringue pour extraire un échantillon de leur haleine.)
Trente et un des patients se sont avérés avoir Covid, tandis que les autres avaient un divers diagnostics, y compris l'asthme, la pneumonie bactérienne ou l'insuffisance cardiaque, ont rapporté les chercheurs. Les échantillons d'haleine de personnes atteintes de Covid-19 présentaient des niveaux plus élevés d'aldéhydes, de composés produits lorsque les cellules ou les tissus sont endommagés par l'inflammation, et de cétones, ce qui correspond aux recherches suggérant que le virus peut endommager le pancréas et provoquer une cétose.
< p>Les patients de Covid avaient également des niveaux de méthanol plus faibles, ce qui pourrait être un signe que le virus avait enflammé le système gastro-intestinal ou tué les bactéries productrices de méthanol qui y vivent. Ces changements respiratoires combinés “nous donnent un signal Covid-19”, a déclaré Thomas, co-auteur de l'étude.
En attendant d'expirer
Plusieurs autres études ont également détecté des schémas chimiques uniques dans l'haleine des patients atteints de Covid-19, et certains appareils revendiquent des résultats impressionnants. Dans une étude du SpiroNose, qui comprenait 4 510 participants, une équipe de chercheurs néerlandais a signalé que l'appareil identifiait correctement au moins 98% des personnes infectées par le virus, même dans un groupe de participants asymptomatiques. (L'étude, qui comprenait des chercheurs de Breathomix, n'a pas encore été évaluée par des pairs.)
Mais le SpiroNose avait un taux relativement élevé de faux positifs, selon l'étude. En raison de ce problème, l'appareil ne fournit pas aux consommateurs un diagnostic définitif ; les résultats sont soit négatifs, soit non concluants, auquel cas un test standard de réaction en chaîne par polymérase est administré.
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Des dizaines de sites de test aux Pays-Bas utilisent désormais la machine, a déclaré de Vries, mais il y a eu quelques problèmes. En mai, Science a rapporté que les autorités de santé publique d'Amsterdam avaient suspendu l'utilisation du SpiroNose après 25 faux négatifs. Les responsables ont déterminé plus tard que l'erreur de l'utilisateur était en grande partie responsable, et le dépistage SpiroNose a repris, a déclaré de Vries.
D'autres groupes travaillent sur leurs propres éthylotests. Des chercheurs de l'Hôpital pour enfants de Philadelphie, qui ont identifié une empreinte respiratoire de Covid chez les enfants, tentent maintenant d'identifier les marqueurs respiratoires d'une complication rare mais dangereuse de la maladie, connue sous le nom de syndrome inflammatoire multisystémique chez l'enfant (MIS-C).
« Les cliniciens en première ligne, ils ont vraiment du mal avec les enfants dont nous devons le plus nous inquiéter », a déclaré le Dr Audrey Odom John, spécialiste des maladies infectieuses à l'Hôpital pour enfants de Philadelphie, qui dirige le recherche.
En plus d'étudier les COV émis par les patients Covid, Davis et ses collègues analysent ce que l'on appelle le condensat d'haleine expirée, une solution concentrée des minuscules gouttelettes de liquide, ou aérosols, présentes dans l'haleine. Ces aérosols contiennent toutes sortes de molécules biologiques complexes, notamment des protéines, des peptides, des anticorps et des marqueurs inflammatoires.
Ils espèrent trouver des biomarqueurs pour aider les médecins à prédire quels patients Covid-19 sont les plus susceptibles de tomber gravement malades.< /p>
“Je pense que cela fera partie d'un arsenal clinique, où les cliniciens ne peuvent pas seulement faire des diagnostics rapides, mais ils pourraient ensuite essayer de comprendre quelle est la trajectoire de ce patient particulier”, a-t-elle déclaré.
Autres équipes travaillent à créer des tests d'haleine qui recherchent le virus lui-même. Des chercheurs de l'Université Washington à St. Louis, par exemple, développent un biocapteur recouvert de minuscules fragments d'anticorps, ou nanocorps, qui se lient au SRAS-CoV-2. Si quelqu'un exhale des particules virales, elles doivent se fixer aux nanocorps, activant le capteur.
Réussir le test de l'odorat
L'intérêt pour la technologie est féroce. Perena Gouma, une scientifique des matériaux à l'Ohio State qui a demandé l'autorisation de la FDA pour son alcootest COVID-19, a déclaré qu'elle avait déjà entendu des collèges, des théâtres, des ligues sportives, des autorités de voyage et d'autres qui voulaient mettre la main sur l'appareil.< /p>
“Je ne pense pas qu'il y ait eu quelqu'un qui a été touché par cette pandémie qui n'a pas été enthousiasmé par la perspective d'avoir un alcootest”, a-t-elle déclaré.
Mais l'approche doit encore être validée dans des études plus larges, et des questions scientifiques fondamentales restent sans réponse.
« Si nous prenons un test sanguin par exemple, il est bien établi qu'il existe une fourchette normale pour, disons, taux d'hémoglobine ou nombre de globules blancs », a déclaré Oliver Gould, chimiste analytique à l'Université de l'Ouest de l'Angleterre. “Alors, bien sûr, il est alors très facile de voir quand quelque chose est anormal.”
Ces plages de référence n'existent pas encore pour le souffle, a-t-il noté.
Les chercheurs ont déclaré qu'ils ne s'attendaient pas à ce que les tests d'haleine remplacent complètement les autres tests de diagnostic.
« Est-ce que je pense qu'un alcootest va être utilisé dans le bureau de votre pédiatre ? Probablement pas », a déclaré John. «Là où je vois vraiment que les tests d'haleine sont utiles, c'est là où vous devez dépister rapidement tout un tas de personnes. Pourriez-vous dépister tous les enfants d'une école un lundi ? Pourriez-vous le faire avant que les gens n'entrent dans un centre commercial ou une maison de rebond ?”
Et une fois la technologie développée et validée, elle pourrait théoriquement être utilisée pour dépister une grande variété de maladies différentes.
“Le problème avec un alcootest, c'est que si vous avez la technologie en place, vous pouvez apprendre le signal d'une nouvelle maladie très rapidement”, a déclaré Thomas.
La recherche est donc en cours. pourrait payer des dividendes à long terme.
“Nous développons les outils nécessaires pour, espérons-le, nous aider dans la lutte contre la prochaine maladie”, a déclaré Edward DeMauro, ingénieur à l'Université Rutgers qui travaille sur un alcootest Covid. «Il y a une très grande valeur à ne pas rester assis, même si la pandémie est terminée. Ce n'est pas le moment de reprendre notre souffle.”
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