Desarrollo de un sistema de percepción sensorial artificial para la detección del cáncer gástrico en el aliento exhalado

Resumen

El cáncer gástrico se posesiona como una de las neoplasias malignas más mortales en el mundo, especialmente en regiones menos desarrolladas como América Latina. Uno de los principales inconvenientes es que, debido a la inexistencia en la actualidad de un método de cribado apropiado para la población en riesgo, la mayor parte de los casos son diagnosticados en un estadio avanzado, cuando el pronóstico es devastador. Ante esta perspectiva, este trabajo doctoral tuvo como objetivo investigar la idoneidad de una estrategia apropiada para la detección temprana de cáncer gástrico a través de un método rápido y asequible económicamente, basado en el análisis de muestras de aliento exhalado. El estudio se realizó en una cohorte de pacientes atendidos por distintas enfermedades gástricas en el Hospital Universitario de la Samaritana de Bogotá, Colombia. Se incluyeron pacientes diagnosticados con cáncer gástrico y pacientes diagnosticados con otras enfermedades gástricas, los cuales formaron el grupo de control. Las muestras de alieno se recolectaron utilizando el dispositivo muestreador de aliento BioVOC. En la primera etapa del trabajo experimental se usó la técnica de cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas para determinar posibles biomarcadores de cáncer gástrico. En total se encontraron hasta 650 compuestos orgánicos volátiles en el aliento de los voluntarios, entre los cuales se hallaron cinco posibles biomarcadores de cáncer gástrico en concentraciones estadísticamente diferentes entre los pacientes con cáncer gástrico y los controles: trans-2,2-dimetil-3-deceno, m-xileno, octadecano, hexadecano y 1-ciclohexil-2-(ciclohexilmetil)pentano. Fundamentado en esta información, en la segunda etapa del trabajo experimental se desarrolló un sistema de olfato electrónico formado por una matriz de sensores químicos de gases basados en nanopartículas de oro funcionalizadas con distintos compuestos orgánicos, fabricados mediante una tecnología innovadora que usa la técnica de deposición en fase de gas avanzada, la cual permite la síntesis de nanomateriales de alta pureza. La morfología de los nanomateriales fabricados, caracterizada por microscopía electrónica de barrido, indicó la formación de monocapas de nanopartículas de oro enlazadas mediante los compuestos orgánicos. Primero se efectuaron pruebas iniciales con este sistema multisensorial para determinar el comportamiento de los sensores ante muestras reales y evaluar el tiempo idóneo de almacenamiento de éstas en el dispositivo de muestreo, determinándose en esta fase que las muestras deben ser analizadas de inmediato tras la recolección para evitarse la pérdida de compuestos orgánicos volátiles. A continuación se investigó la posibilidad de discriminar muestras de aliento de diferentes clases de sujetos con el sistema multisensorial desarrollado en este trabajo, para lo cual se seleccionaron voluntarios fumadores y no fumadores. El modelo de clasificación no supervisado PCA construido con los parámetros extraídos de las respuestas de los sensores indicó una clasificación excelente entre los voluntarios fumadores, no fumadores, y el aíre ambiente. Una vez estudiada esta etapa, para la fase final se analizaron con el sistema multisensorial las muestras de aliento de los dos grupos de pacientes incluidos en este proyecto, y se construyó un modelo de clasificación no supervisado PCA con los parámetros extraídos de las respuestas sensoriales, el cual produjo una tasa de acierto de 97% en la discriminación de los pacientes con cáncer gástrico, estando a la par con la precisión de la prueba de endoscopia que representa el procedimiento de diagnóstico estándar actual para cáncer gástrico. Adicionalmente, se realizó una comparación entre los resultados obtenidos en este estudio y los resultados obtenidos en otros estudios efectuados en poblaciones del Este de Asia y Países Bálticos de Europa, que además de Sudamérica presentan la mayor incidencia global de cáncer gástrico.