Potrebbe essere sufficiente un soffio per raccogliere informazioni importanti sullo stato di salute di una persona. È questa la prospettiva alla base di ANTIGONE, progetto di ricerca del Consiglio nazionale delle ricerche dedicato allo sviluppo di un “naso elettronico” capace di individuare nell’aria espirata particolari segnali associati ad alcune malattie.
Il nome deriva dall’acronimo inglese “Advanced e-Nose Technologies for Gas sensing of breath biomarkers to diagnose and monitor ongoing diseases”. Il programma sarà condotto presso l’Istituto di Fotonica e Nanotecnologie del CNR, sotto la responsabilità scientifica della ricercatrice Sonia Freddi.
Finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca attraverso il Fondo italiano per la scienza, il progetto avrà una durata prevista di cinque anni: inizierà il 1° settembre 2026 e si concluderà il 31 agosto 2031.
Le informazioni nascoste nell’aria espirata
Il respiro non contiene soltanto anidride carbonica. Nell’aria espirata sono presenti numerosi composti organici volatili, conosciuti con la sigla VOC. Queste sostanze possono essere prodotte dai processi metabolici dell’organismo, ma la loro presenza è influenzata anche dall’alimentazione, dall’ambiente e dagli stili di vita.
La concentrazione e la combinazione dei composti volatili possono cambiare in presenza di determinate condizioni patologiche. Si forma così una sorta di impronta chimica, potenzialmente utile per riconoscere alterazioni legate allo stato di salute.
La disciplina chiamata breathomics studia proprio questi profili molecolari, con l’obiettivo di comprendere se possano essere utilizzati per la diagnosi e il monitoraggio non invasivo delle malattie. Le ricerche condotte finora hanno esplorato possibili applicazioni nel diabete, nelle patologie respiratorie e in alcuni tumori. L’impiego clinico richiede però standard condivisi e sperimentazioni su popolazioni più ampie.
Come funzionerà il naso elettronico
Il dispositivo sviluppato nell’ambito di ANTIGONE non sentirà gli odori nello stesso modo del naso umano. Utilizzerà una serie di sensori che, entrando in contatto con le molecole presenti nel campione di respiro, produrranno differenti segnali elettrici.
L’insieme di queste risposte sarà analizzato per riconoscere configurazioni compatibili con le patologie studiate. Il progetto prevede l’impiego di sensori basati su materiali bidimensionali funzionalizzati, modificati mediante molecole organiche per aumentarne la capacità di interagire con determinati biomarcatori gassosi.
I ricercatori studieranno anche i meccanismi di interazione e di trasferimento della carica elettrica tra le sostanze espirate e le superfici sensibili. L’obiettivo è realizzare array di sensori capaci di riconoscere profili chimici complessi. I dati ottenuti saranno successivamente elaborati mediante analisi multivariata e algoritmi di machine learning.
Il possibile impiego nel diabete
Una delle applicazioni più studiate riguarda il diabete. Nel respiro possono essere misurati diversi composti collegati al metabolismo. Tra questi figura l’acetone, una sostanza la cui concentrazione tende ad aumentare quando l’organismo utilizza maggiormente i grassi come fonte di energia.
Alcuni studi sperimentali hanno già valutato la possibilità di distinguere persone con diabete da soggetti sani attraverso sensori elettronici e sistemi di classificazione automatica. Questa strada è considerata promettente soprattutto per lo sviluppo di strumenti non invasivi destinati allo screening o al monitoraggio.
L’acetone, tuttavia, non rappresenta da solo una prova certa della presenza del diabete. I suoi livelli possono essere influenzati dal digiuno, dall’attività fisica, dalla dieta, dalla perdita di peso e da altre condizioni metaboliche. Per questa ragione, le ricerche più recenti si concentrano sulla combinazione di più composti volatili invece che su un singolo biomarcatore.
Una prospettiva per la medicina preventiva
L’analisi del respiro presenta vantaggi evidenti: è rapida, ripetibile, indolore e non richiede aghi. In futuro, un naso elettronico potrebbe affiancare gli strumenti diagnostici tradizionali, individuare persone da sottoporre ad accertamenti oppure seguire nel tempo l’andamento di una malattia e la risposta alle terapie.
La distanza tra un prototipo di laboratorio e un dispositivo utilizzabile negli ambulatori rimane però significativa. Sarà necessario definire procedure standard per la raccolta del respiro, verificare l’affidabilità dei sensori in condizioni reali e validare gli algoritmi su un numero adeguato di pazienti.
Dieta, fumo, farmaci, ambiente e altre patologie possono infatti modificare la composizione dell’aria espirata, rendendo più complessa l’interpretazione dei risultati.
ANTIGONE non è quindi un nuovo test per il diabete già pronto per l’uso, ma un progetto di ricerca che punta a trasformare il respiro in una fonte affidabile di informazioni cliniche. La sfida sarà costruire sensori sufficientemente precisi da riconoscere le tracce molecolari della malattia prima della comparsa dei sintomi, aprendo nuove prospettive per la diagnosi precoce e la medicina personalizzata.
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