Скрининг COVID-19 по летучим органическим соединениям в выдыхаемом воздухе

Быстрый скрининг COVID-19 имеет ключевое значение для контроля пандемии. Однако существующее выявление методом амплификации нуклеиновых кислот требует много времени, а забор мазков из горла и носа вызывает дискомфорт. Здесь мы описываем потенциальные биомаркеры в виде летучих органических соединений (VOC) выдыхаемого воздуха, а также метод машинного обучения, который можно использовать для скрининга COVID-19 у постели больного. С помощью коммерческого газового хроматографа-ионно-мобильностного спектрометра у пациентов с COVID-19 (= 74) и при негCOVID-19 респираторных инфекциях (RI) (= 30) в выдыхаемом воздухе определяли более высокие уровни пропанола, чем у контрольных лиц без COVID-19 (NC)/медицинских работников (HCW) (= 87) и в фоновых пробах (= 87). Напротив, содержание ацетона в выдыхаемом воздухе у пациентов с COVID-19 было значимо ниже, чем у остальных обследованных. Двенадцать ключевых эндогенных видов VOC, выявленных с использованием моделей машинного обучения с учителем (метод опорных векторов, машины градиентного бустинга (GBM) и случайные леса), продемонстрировали высокую способность различать COVID-19 и группы (HCW + NC) и RI, при точности от 91% до 100%. Модели GBM и случайных лесов также позволяли различать пациентов с RI и здоровых лиц с точностью 100%. Кроме того, разработанные модели на основе VOC выдыхаемого воздуха смогли выявить подтвержденного пациента с COVID-19 при ложноотрицательном результате ПЦР мазка из горла. На выполнение всего дыхательного теста, включая анализ 12 ключевых видов VOC, требуется 10 мин. Разработанная технология предлагает новый подход к неинвазивному быстрому скринингу COVID-19 у постели больного в различных ситуациях.