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I VOC come rilevatori biologici

Da oltre un anno la pandemia da COVID-19 continua a diffondersi. L’identificazione in tempo reale di individui affetti da SARS-CoV-2 è fondamentale per interrompere le catene di contagio. I test di rilevazione attuali dipendono dalla raccolta di campioni attraverso tamponi oro-faringei. Inoltre, la disponibilità di test antigenici è limitata e in diverse regioni è aggravata dalla carenza di reagenti, tempi di elaborazione prolungati, risultati ritardati o falsi negativi e falsi positivi.
Un approccio alternativo ai test rapidi consiste nello sfruttare i composti organici volatili (VOC) associati al virus. I VOC comprendono diversi composti chimici che, nel loro insieme, hanno comportamenti fisici e chimici differenti. Essi sono accomunati dal fatto che presentano un’alta volatilità e causano impronte olfattive specifiche che possono essere rilevate, con un alto tasso di precisione, da cani addestrati per il rilevamento di profumi.

I cani da rilevamento e gli esperimenti condotti
Olfatto magico? Come fanno?
La possibilità di screening di massa non intrusivi

I cani da rilevamento e gli esperimenti condotti

I ricercatori stanno studiando come i cani da rilevamento riescano a percepire una forma di odore univoca nei campioni di saliva, urine e sudore di pazienti positivi a SARS-CoV-2. Sono stati condotti ad oggi diversi esperimenti.

L’esperimento condotto sulla saliva di pazienti ospedalizzati

Otto cani da rilevamento sono stati addestrati per 1 settimana. Il fine era di rilevare la saliva, secrezioni tracheobronchiali e urine di pazienti ospedalizzati infetti da SARS-CoV-2. Il virus è stato inattivato in tutti i campioni di addestramento con detergente o trattamento termico. I cani hanno discriminato con successo tra campioni positivi e negativi di saliva, con sensibilità diagnostica media dell’82,63% (indipendentemente dal protocollo di inattivazione).
Durante la presentazione di 1012 campioni randomizzati, ovvero campioni scelti casualmente, privi di errori sistematici, i cani hanno raggiunto un tasso di rilevamento medio complessivo del 94%.

Ruota del profumo utilizzata in questo studio. Fonte immagine: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8046346/figure/pone.0250158.g001/

Sensibilità (barre rosso scuro) e specificità (barre arancioni) della risposta del singolo cane a miscele di campioni di urina trattati termicamente e positivi al SARS-CoV-2. Con sensibilità si intende la capacità di identificare correttamente i soggetti ammalati. Con ”specificità” si intende la capacità di svelare e/o quantificare una determinata sostanza in presenza di altre aventi proprietà molto simili. Fonte immagine: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8046346/figure/pone.0250158.g001/

L’esperimento condotto sul sudore di pazienti ospedalizzati

Lo studio condotto in due siti (Parigi in Francia e Beirut in Libano) ha coinvolto sei cani da rilevamento addestrati per 1-3 settimane. Per lo studio sono stati scelti 177 individui di cui 95 sintomatici COVID-19 positivi e 82 asintomatici COVID-19 negativi. È stato raccolto un campione di sudore ascellare per individuo. Una volta addestrato, il cane doveva distinguere il campione positivo COVID-19 posizionato in modo casuale dietro uno dei tre o quattro coni olfattivi (gli altri coni contenevano almeno un campione negativo COVID-19). Lo studio condotto era randomizzato e in doppio cieco. Ciò significa che il cane e il suo conduttore non conoscevano la posizione del campione positivo per COVID. La percentuale di successo per cane variava dal 76% al 100%.

Apparecchiature di prova. Fonte immagine: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7728218/figure/pone.0243122.g005/

L’esperimento condotto su viaggiatori all’aeroporto di Helsinki

L’esperimento è stato successivamente condotto presso l’aeroporto di Helsinki (Finlandia), in collaborazione con l’Università di Helsinki, così da avere una più ampia scala di soggetti da sottoporre a screening. I viaggiatori dovevano asciugare il sudore prodotto dal collo mediante un apposito panno successivamente riposto dietro una parete scura. Il cane in poche decine di secondi era in grado di discriminare un campione positivo sintomatico o asintomatico da uno non positivo. I cani infatti sembrano riconoscere la malattia in una fase ancora più precoce rispetto ai tamponi analizzati con la tecnica della PCR, per i quali sono necessarie 18 milioni di molecole rispetto alle 10-100 molecole che il cane sfrutta.

Fonte immagine: https://it.mashable.com/4345/cani-anti-covid-aeroporti-helsinki

Olfatto magico? Come fanno?

L’olfatto canino è già usato negli aeroporti, dogane e stazioni per rilevare la presenza di esplosivi e droghe. Inoltre individua casi di diabete, alcuni tipi di cancro, attacchi di panico ed epilessia. Il sistema olfattivo dei cani è particolarmente sviluppato: la loro mucosa olfattiva supera i 150 cm² e il loro cervello olfattivo possiede un numero di neuroni 40 volte superiore a quello degli esseri umani.
Studi recenti, pubblicati su Experimental Biology, dimostrano come i cani siano in grado di selezionare con una precisione del 97% campioni di sangue appartenenti a persone malate di carcinoma polmonare. Inoltre, i ricercatori delle Università di Lund, in Svezia, e dell’Università Eötvös Loránd di Budapest, hanno individuato nei cani la capacità di percepire le radiazioni termiche provenienti da corpi caldi, come già noto in serpenti o pipistrelli.

Fonte immagine: https://www.bedandpet.it/discriminazione-olfattiva/

La possibilità di screening di massa non intrusivi

Gli studi sopra esposti hanno quindi dimostrato che la sensibilità, la specificità e le percentuali di successo riportate, sono paragonabili o migliori della RT-PCR standard. Questo significa che i cani da rilevamento degli odori potrebbero a breve essere impiegati per schermare e identificare in modo non intrusivo le persone infette dal virus COVID-19 in ospedali, scuole, università, aeroporti, stazioni, concerti ed eventi sportivi. L’uso di cani per lo screening richiede però un adeguato addestramento con un gran numero di nuovi campioni SARS-CoV-2 positivi e negativi confermati.

Francesca Umina

Per approfondire:

La malattia da Coronavirus SARS-CoV-2, nota col nome Covid-19, comporta principalmente un quadro clinico caratterizzato da sintomi respiratori. L’evenienza più grave, come ben sappiamo, è rappresentata dalla polmonite interstiziale, ma questo virus ha la capacità di diffondersi anche in altri distretti. In particolare il sistema nervoso sembra poter essere interessato precocemente e le manifestazioni lievi connesse potrebbero aiutare a velocizzare il processo diagnostico. Ciò sarebbe utile a discriminare i soggetti che non svilupperanno polmonite ma sono portatori attivi dell’infezione.

Quali sono i sintomi neurologici del coronavirus?

La risposta arriva da dove ci si sta avviando ad una lenta ripresa delle attività dopo la fase critica dell’epidemia, ovvero dalla Cina. Proprio uno studio cinese, recentemente pubblicato su JAMA Neurolgy, ha portato alla luce possibili sintomi e complicanze neurologiche della Covid-19. I partecipanti allo studio sono stati 214 pazienti ospedalizzati SARS-CoV-2 positivi, sia uomini che donne, sia con infezione severa che non. Di questi, 78 pazienti (il 36,4%) mostravano una sintomatologia neurologica, più frequente in coloro con malattia grave. In base alla sede coinvolta, hanno distinto i sintomi in:
– Manifestazioni del sistema nervoso centrale: mal di testa, perdita della coscienza, accidenti cerebrovascolari acuti (coinvolti il 24,8% dei pazienti oggetto di studio, ictus nel 6%).
– Manifestazioni del sistema nervoso periferico: compromissione del senso del gusto (ageusia: perdita della capacità di discriminare i sapori) e dell’olfatto (anosmia: mancanza della percezione degli odori nell’aria), ma anche problemi visivi (8,9%).
– Danni ai muscoli scheletrici, con coinvolgimento del 10,7% della popolazione studiata.
La maggior parte dei sintomi neurologici si sono mostrati precocemente, anche in assenza del classico quadro respiratorio, potendo costituire quindi un elemento utile al riconoscimento precoce ed un miglior trattamento. Comunque un grande limite di questa analisi è la bassa numerosità del campione in esame.

Quali riscontri nel vecchio continente?

Anche in Europa sono in corso delle ricerche a riguardo. Uno studio condotto su 417 pazienti ricoverati in 12 località diverse si è soffermato sulle disfunzioni di gusto ed olfatto. Il 34,5% dei soggetti studiati era nella fase acuta della malattia. Le principali comorbilità del gruppo erano rinite allergica, asma, ipertensione arteriosa ed ipotiroidismo.
Per quanto riguarda i sintomi olfattori i risultati sono stati i seguenti:
– L’85,6% della popolazione campione presentava disordini dell’olfatto, di cui la maggior parte lamentava anosmia.
– La fantosmia, ovvero la percezione di un odore per il quale nell’ambiente non è presente alcuna molecola, interessava il 12,6% dei soggetti durante il decorso clinico.
– Mentre la parosmia, cioè lo scambiare un odore per un altro, veniva lamentata dal 32,4%.
– In 247 pazienti con infezione clinicamente risolta, in cui erano scomparsi tutti i sintomi “canonici”, le disfunzioni olfattive persistevano per un tempo indeterminato nel 63% delle persone.
Riferendoci alle alterazioni del gusto, queste hanno dato manifestazioni nell’88,8% dei pazienti. Consistevano in una riduzione o distorsione della percezione di alcuni sapori, in particolare salato, dolce, amaro ed acido.
Basandoci sui risultati dello studio, i disturbi olfattivi e gustativi sono risultati essere sintomi significativi dei pazienti Covid-19 europei. Inoltre possono rappresentare, in alcuni casi, anche gli unici sintomi in assenza di complicanze e per questo necessitano di essere riconosciuti per aiutare nella limitazione della diffusione del contagio.

Trattamento anosmia — Opzioni terapeutiche adottate in questo studio europeo per i pazienti con problematiche dell’olfatto (Da https://link.springer.com/article/10.1007/s00405-020-05965-1#citeas ).

Come SARS-CoV arriva al sistema nervoso?

L’esame del liquor cefalorachidiano è in genere negativo, quindi il virus non attraversa la barriera emato-encefalica. Certo, sono possibili eccezioni, ma non sono state riscontrate frequentemente meningiti o encefaliti, come invece può avvenire con gli Herpes virus. Per identificare le porte di ingresso del Coronavirus al SNC le ipotesi sono due.
La prima prende in considerazione la possibilità che il virus possa risalire dai neuroni del bulbo olfattivo. Questo spiega l’elevata frequenza di anosmia riscontrata negli studi sopra citati ed è una via già utilizzata da altri virus respiratori.
Secondo l’altra ipotesi il danno neurologico non sarebbe diretto, bensì scatenato dalla tempesta di citochine sistemica dovuta all’infezione. Le nostre difese immunitarie iperattivate andrebbero fuori controllo e coinvolgerebbero altri distretti, fra cui il sistema nervoso ma anche il cuore (possibilità anche di miocarditi).

Struttura delle vie olfattive — Bulbo olfattivo ed epitelio olfattivo nel naso separati solo dalla lamina cribrosa dell’osso etmoide (Da Stanfield, Fisiologia umana)

Anche i neurologi possono quindi essere aggiunti alla lista degli specialisti che, insieme ad infettivologi e pneumologi (oltre ai medici di medicina generale), potranno avere contatti con pazienti covid già alla prima diagnosi od essere coinvolti durante il loro trattamento. Già si sta cercando di scrivere delle linee guida ad hoc che permetteranno di affrontare l’infezione da coronavirus dal punto di vista multidisciplinare. Così da prepararci al meglio a quella che sarà la fase 2, di cui iniziamo a vedere gli spiragli, in cui si auspica la messa in funzione dei Covid hospital. Si tratterà di centri interamente dedicati ai pazienti covid con l’obiettivo di facilitare anche la ripresa degli altri reparti ospedalieri, le cui attività ambulatoriali sono state momentaneamente sospese.

Antonio Mandolfo

Bibliografia

https://link.springer.com/article/10.1007/s00405-020-05965-1#citeas
https://jamanetwork.com/journals/jamaneurology/fullarticle/2764549
https://www.focus.it/scienza/salute/la-covid-19-da-anche-manifestazioni-neurologiche

Quando l’infezione da COVID-19 si ‘traveste’ da ictus o da stato confusionale

Tag: olfatto

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