人の息を分析するだけで「食道がんになりやすい人」を発見できる電子鼻が開発される

非常に優れた嗅覚を持つ犬は、「がんの有無をにおいで判別できる」ことが過去の研究から知られていますが、実際に訓練した犬を診療現場に持ち込んで診療に当たらせることは困難です。そこで、オランダのラドバウド大学健康科学研究所で消化管のがんについて研究するPeter Siersema氏らの研究チームは、「患者の息を分析して食道がんになりやすい人を発見する電子鼻」を開発しました。

Detection of Barrett’s oesophagus through exhaled breath using an electronic nose device | Gut
https://gut.bmj.com/content/early/2020/01/07/gutjnl-2019-320273

'Electronic nose' could smell breath to warn about higher risk of oesophageal cancer | Science | The Guardian
https://www.theguardian.com/science/2020/feb/25/electronic-nose-could-sniff-out-pre-cancerous-condition-in-food-pipe-oesophageal-cancer-barrett-oesophagus

食道がんは喫煙や飲酒の習慣によって発症リスクが高まるといわれており、日本では女性より男性の方が4倍近い発症率となっています。また、食道がんになりやすい人の特徴として、食道下部の粘膜が胃から連続して円柱状に置き換えられてしまう「バレット食道」という状態であることが指摘されています。

バレット食道は患者が胸焼けや胸の痛みといった自覚症状を訴える場合もありますが、症状が出ないことも多いとのこと。原因は明確ではないものの、胃酸が食道へ逆流することが繰り返された結果、粘膜が炎症を繰り返してバレット食道になってしまうと考えられています。また、50歳以上の男性で肥満状態の人はバレット食道になりやすいとのこと。

イギリスの王立がん研究基金によると、バレット食道と診断された人は通常の人と比べ、食道がんの発症リスクが11倍にも上るとのこと。また、バレット食道を患っている人の3～13％がやがて食道がんを発症するとも指摘されています。そのため、バレット食道であるかどうかを判別することは、食道がんのリスクを知る上で重要です。

記事作成時点では、バレット食道を診断する方法は内視鏡検査に依存していますが、内視鏡検査は高価な上に患者の身体にも負担の大きな方法です。そこで研究チームは、患者の息を分析するだけでバレット食道の有無を判別できる「電子鼻」を開発したとのこと。

研究チームが開発した電子鼻は、サンプルに含まれる揮発性分子を検出できるデバイスであり、患者の息に含まれる分子を分析し、パターンを特定する人工知能も搭載されているとのこと。人間の息に含まれる分子は体内で生成されたものであり、一部の分子は特定の病気や体内の微生物環境の異常と関連しています。そのため、息に含まれる特定の分子組成が、病気を検出する役に立つ場合があります。

Siersema氏は、「非侵襲的で簡単に食道がんの発症リスクを検出可能な検査方法があれば、上部内視鏡検査しか方法がない場合と比較して患者の検査率がはるかに高くなります」と指摘し、食道がんのリスクを事前に知ることで食道がんの発症者を減らすことができると考えています。また、電子鼻を用いた検査は1回わずか5分で済むそうで、価格も内視鏡を使う場合より抑えられるそうです。

研究チームは内視鏡検査を受ける予定の402人の患者に対し、開発した電子鼻をテストしました。まず最初に、研究チームは患者の90％から採取した息のサンプルと後で行われた内視鏡検査の結果をもとにして、電子鼻の人工知能をトレーニングしたとのこと。内視鏡検査では402人中129人がバレット食道であると診断され、141人はバレット食道ではないものの胃食道逆流症であると診断、132人は異常なしと診断されました。

その後、研究チームは訓練した電子鼻を使い、残りの10％から採取したサンプルを検査しました。その結果、電子鼻は91％の精度でバレット食道の患者を識別したほか、無症状の患者を無症状であると診断する精度は74％だったとのこと。対象となる患者から無症状の患者が取り除かれ、バレット食道の患者と胃食道逆流症の患者のみに限定された場合も、精度は下がったものの依然として患者の識別に成功したそうです。

Siersema氏は今後、電子鼻を1000人のグループで実験することを予定しており、早ければ2～3年で電子鼻が実用化される可能性があると主張しています。ケンブリッジ大学で食道がんについて研究しているRebecca Fitzgerald氏は、「今回開発された電子鼻は、食道がんの早期発見という重要な臨床的問題に取り組む興味深いテクノロジーです」と認めつつも、健康な人々が「バレット食道である」と診断されてしまう偽陽性の割合が高いことを指摘。「さらなる改良と検証が必要となりますが、これらの初期データは有望です」と、Fitzgerald氏は述べました。