Conhecidos por seu olfato super apurado, os cães são capazes de identificar os cheiros característicos do câncer no hálito, na urina e nas fezes. Mas, agora, os cientistas estão integrando o olfato canino com a análise de odor de uma máquina de câncer de próstata para fazer essa detecção.
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Com a escassez de filhotes treinados para fazer esse trabalho, os cientistas chegaram à conclusão que seria difícil ter animais disponíveis para os diagnósticos. Com isso em mente, Andreas Mershin, um cientista pesquisador do Centro de Bits e Átomos do MIT, publicou um estudo de uma máquina capaz de detectar os cheiros característicos do câncer, assim como os cães.
O câncer de próstata é o segundo tipo de câncer mais comum em homens, afetando cerca de um em cada nove homens em algum momento de suas vidas. Uma ferramenta amplamente usada para detecção de doenças é o teste do antígeno específico da próstata, mas o teste geralmente falha em detectar a doença ou leva a diagnósticos incorretos.
Na busca por melhores opções de diagnóstico, os pesquisadores buscaram biomarcadores olfativos do câncer de próstata no buquê químico das amostras de urina. Uma equipe foi capaz de detectar o câncer de próstata analisando odores de urina com cerca de 86 por cento de precisão. A ideia de usar cães para detectar câncer foi proposta pela primeira vez para melanomas em 1989 e, desde então, as habilidades caninas de detecção de câncer frequentemente ofuscaram a análise de odores baseada em máquinas. Em um estudo de 2015, filhotes farejadores de doenças detectaram câncer de próstata em amostras de urina com precisão de 98 a 99 por cento.
Andreas Mershin disse ao site The Scientist que o que mais chamou a atenção dele foi a capacidade de filhotes treinados para detectar um certo tipo de câncer, foram capazes de identificar outras doenças malignas e, até, alguns animais não treinados foram capazes de detectar câncer em seus donos.
“Cães não seguem a lista de moléculas… Eles se baseiam no caráter do cheiro, o que significa que, de alguma forma, descobrem a essência do câncer”, disse Mershin. “Isso me surpreendeu. Nenhuma ferramenta analítica até hoje pode fazer isso porque está olhando para a lista de ingredientes. Saber de que algo é feito não é o mesmo que saber qual o cheiro daquilo.”
Inspirado pelos cães, Mershin e seus colegas buscaram desenvolver inteligência artificial que emulasse as decisões caninas. “A questão específica que tentamos responder é: quais são os obstáculos e desafios em pegar o focinho do cachorro e sua funcionalidade e conectá-lo ao seu smartphone?”, questionou ele.
Metodologia do estudo
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Para o estudo, os pesquisadores obtiveram urina de 12 homens com câncer de próstata de alto grau (Gleason 9) confirmado por biópsia e 38 homens que tiveram biópsias negativas. Parte das amostras de urina foram enviadas para cães de detecção médica no Reino Unido para diagnóstico por Florin, uma Labrador fêmea de quatro anos, e Midas, uma fêmea Braco húngaro de pelo duro de sete anos.
Depois de treinar os animais com 5 amostras de câncer e 15 sem câncer, os pesquisadores usaram as amostras restantes para testar as habilidades de Midas e Florin. Em cada teste executado, o cão examinou um carrossel contendo três amostras negativas para câncer e uma amostra positiva para câncer. Depois de cheirar cada recipiente de urina, o cão fez uma seleção: Florin indicou uma amostra positiva ficando de pé e olhando, enquanto Midas sentou-se na frente dela. Uma escolha correta rendeu ao filhote uma guloseima bem merecida.
Ambos os cães identificaram com precisão cinco das sete amostras de câncer de próstata. De 21 amostras negativas para câncer, Florin tomou a decisão certa 16 vezes e Midas 14 vezes. No geral, os cães mostraram 71% de sensibilidade e 70 a 76% de especificidade. Mershin explicou que a principal razão para a precisão moderada de Midas e Florin foi porque eles receberam treinamento limitado, devido ao número limitado de amostras de urina disponíveis.
Com um número tão reduzido de amostras de teste, Santiago Marco, físico que estuda análise de dados de sensores no Instituto de Bioengenharia da Catalunha e no Instituto de Ciência e Tecnologia de Barcelona, não está convencido de que as escolhas dos cães tenham sido feitas com base em detecção de câncer. “Não está claro se eles têm um apoio muito forte para a afirmação de que o olfato canino é suficientemente sensível ou mesmo específico”, disse Marco, que não esteve envolvido no estudo.
Mershin diz que com treinamento adicional, as habilidades dos animais teriam melhorado. “Não estávamos tentando fazer esses cães chegarem a 99 por cento (o que podemos). Muitos cães foram treinados com 99 e até 99,8 por cento de precisão para COVID, malária e Parkinson e vários tipos de câncer”.
Dado o objetivo do estudo, de identificar a viabilidade da abordagem de aprendizado do cão para a máquina, Mershin afirmou que o nível de precisão do cão foi adequado.
Do cão para a máquina
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Como um primeiro passo para desenvolver narizes eletrônicos com capacidade semelhante, a equipe usou os diagnósticos dos cães para treinar um tipo de inteligência artificial chamada rede neural artificial (RNA) para avaliar os produtos químicos voláteis detectados na urina por GC-MS.
O RNA detectou amostras de câncer com alta precisão, diz Stephen Thaler, presidente e CEO da Imagination Engines e co-autor do estudo. Mas, devido ao pequeno tamanho da amostra, os pesquisadores dizem que seus resultados precisam ser validados com um experimento maior.
Mershin ressaltou que o objetivo final da equipe é aplicar seu algoritmo na máquina treinada por caninos a um nariz eletrônico que contém análogos sintéticos de receptores olfativos animais que eles patentearam. Mas, antes que esta ferramenta esteja pronta para smartphones, eles precisam usar muito mais amostras para aumentar a precisão de detecção de câncer dos cães e, em seguida, treinar o RNA para corresponder a esse desempenho.
Confira o estudo completo aqui.
