以色列新創公司SpotItEarly將狗狗的神奇判斷疾病能力與科技結合，希望讓更多人受惠
狗狗可以幫助檢測疾病的想法已存在醫學界多年，早在1990年代就有人發現狗狗具有發現疾病的奇妙能力。例如，受過訓練的犬隻可聞出糖尿病患者身上揮發性化合物散發的氣味，進而識別患者的血糖高低。伴隨癲癇患者的服務犬能嗅出因荷爾蒙分泌或神經細胞興奮引起的體味變化，提前發出警報。
然而，時至今日，面臨的挑戰是：如何將其從「小範圍的學術研究」成為一個「適用於大眾」並「具有大量數據支持」研究結果的環境。目前以色列每年進行癌症檢測人數大約是一百萬人，以色列新創公司SpotitEasy想要證明，在具有20隻工作犬的10個實驗室中，就可測試超過一百萬人的數據。
怎麼開始的?
SpotItEarly的現任董事長Roi Ophir，因看到一則關於犬隻發現主人乳癌、解救她的生命之BBC新聞報導。他受到啟發，於2020年召集了好友Ohad Sharon（營運長）、Udi Bobrovsky（產品長）與Ariel Ben Dayan（現任執行長、前以色列國防軍警犬部隊指揮官）一起成立SporItEarly公司，於2022年中先是成功募得620萬美元的種子基金，9月再籌集了300萬美元。目前公司員工31人。
怎麼操作?
測試對象在禁菸、禁酒、禁食一段時間後，戴上可拋式外科口罩並呼吸五分鐘。將口罩密封於袋子裡並送到SpotItEarly實驗室。部分面罩保留用於質量控制，其餘部分則放置在指定的受控嗅覺室的椎體中，嗅覺室沿牆設有採樣站。每隻狗進入房間，走過樣品時，如果牠嗅到陽性樣品，就會坐下。當五隻狗中有至少三隻對樣本有類似反應時，就會被宣佈為癌症陽性。所有的狗每天工作三小時，其餘的時間在大自然中玩耍、訓練和散步。
配備偵測器的實驗室可自動收集和紀錄狗的判斷，並根據行為模式和生理數據分級以判斷犬隻對樣本分類的可信度。如，狗嗅了多長時間及他們的興奮程度。隨著時間的推移累積了足夠的數據，該公司的演算法可以朝向減少狗的數量，達到相同的決定品質。這些數據還有助於實驗室監測狗的工作態度。
比一比
每年花在篩檢癌症的費用約1,500億美元，但沒有提供足夠良好的解決方案，只有54%的案例早期偵測到（篩檢陽性反應案例多為乳癌和黑色素瘤）。此外，大約有一半需要篩檢的人因侵入性檢查的不良經驗，而且每次篩檢只能檢測一種癌症，造成人們刻意習慣性地忽略體檢，錯失癌症的預兆。使用SpotItEarly的測試成本估計約為目前癌症篩檢的五分之一。
CLIA和FDA合格認證過程
當被問及犬類嗅覺篩查服務如何獲得美國監管機構CLIA認證時，Ophir說：「答案在於統計數據。大多數研究表明，隨著時間的推移，利用犬隻偵測癌症的研究可產生非常好得重複性結果。多數研究達到相同的檢測百分比，多隻狗一起工作並將輸出結果提供給人工智慧系統，以持續驗證結果。該公司還需要獲得美國FDA對其樣品採集套件的認證，就監管機構而言，該套件等同於醫療設備。使用外科口罩等現有醫療產品可望加速通過FDA的認證。
嗅出癌症的動物學家Irit Gazit
負責管理以色列軍犬部隊Oketz研發團隊25年的動物學家Irit Gazit博士在不久前加入SpotItEarly，負責訓練狗並驗證實驗進行沒有偏差。
嗅覺是空氣中的揮發性化合物與鼻子中的嗅覺神經元受體相互作用的結果。從進化角度來說，嗅覺是最古老的感覺，也是唯一一種信號直接傳遞到大腦的感覺，而來自身體所有其他感覺系統的信號都通過丘腦傳遞。多年來，基於氣味的人工偵測技術的進步（如食品質量控制、檢測有毒氣體洩漏、香水開發以及在醫學上的各種用途），科學證明說糖尿病患者體內葡萄糖平衡的變化使他們的呼吸聞起來像丙酮、肺部疾病導致細菌增多，聞起來像硫磺、腎病患者由於血液中積累了尿素，會散發出甜美的水果味。
狗的嗅覺是動物界最發達的嗅覺之一。從解剖學上來說，狗鼻子平均有1.8億個嗅覺感受器，Gazit解釋：「犬隻大腦負責嗅覺記憶的部分比人類發達40倍，它們能夠記住和區分比我們更多氣味，包括人類無法嗅出的氣味。」
至於是否因人類自身目的而過度剝削狗狗的議題，Gazi認為狗是一種聰明又好奇的動物，它們藉由工作得到了需要的智力刺激、身體活動和關愛。我們給他們挑戰使他們能夠充分發揮他們的智力潛力。
旺星人醫生 vs. 電子鼻
Hossam Haick教授是一位致力於開發「人工嗅覺」以識別疾病的著名研究人員。人工嗅覺設備由黃金顆粒和碳奈米管構成，安裝於一層偵測器下方，可對呼吸中的揮發性化合物產生反應。嗅覺的任務特別困難，因會影響呼吸樣本的參數非常多，比如受測者前一天吃了什麼，甚至是受測者的情緒；此外，該疾病表徵的分子濃度很低，只有兆分之一。此外，不同的疾病也可能會產生相似甚至相同的揮發性化合物，辨別差異仍需要目前尚未商業開發的敏感水準。「電子鼻」領域最知名的生物科技公司顯然是Owlstone Medical，該公司於2016年成立於劍橋大學，目前已募資超過1.5億美元，透過所謂的呼吸篩檢，可早期檢測出「癌症」、「哮喘」、「肝硬化」、「慢性肺阻塞」等疾病。
以色列理工大學Hossam Haick教授實驗室裡的Einoch Amor說：「SpotItEarly跨越了電子鼻的障礙，因為SpotItEarly使用的方法非分析性的，也不需要偵測器。即使將一茶匙糖灑在兩個足球場大小的區域上，狗也可以聞到。我們所做的測量實際上只是為了驗證方法有效性，確保狗聞到的是受測者呼吸的氣味，而不是來自環境。」公司目前正在研究使用外科口罩進行開發和改進採樣的過程，例如通過在口罩中添加特殊材料來增加氣味分子的數量，並提高犬隻輸出資料的準確性，有些類似基因擴增技術。
雙盲實驗，避免觀察者期望效應
歷史上曾有一個「聰明的漢斯（Clever Hans）」的範例，這匹德國馬在1907年因為能夠回答數學問題而成為頭條新聞。漢斯表面上看起來像一匹知曉算術和各種驚奇技能的馬，然而其實是來自進行觀察的訓練員無意識下給予的暗示而得到正確答案，即所謂「觀察者期望效應」，觀察者無意識地以某種形式操縱了實驗步驟，達到期待的實驗結論。
在SporItEarly，訓練員和狗一起進入一個房間，實驗設計為雙盲，訓練員不知道目標氣味在哪裡，所以狗隻不會在不知情的情況下得到提示，避免因「觀察者期望效應」而造成實驗失效。
根據眾所周知，訓練狗嗅出TNT（三硝基甲苯/炸藥）的方法：人類提供目標氣味，狗得到獎勵，然後將氣味和獎勵連結，這是一種古典制約反射的訓練方式，然後教犬隻區分。但是對於癌症氣味，情況要複雜得多，因為我們無法具體描述癌症氣味分子。如果可以的話，我們早就可以靠其他技術來判斷。」
Gazit將「狗狗檢測癌症氣味過程」與「機器學習的人工神經網路」進行比較，後者在許多方面仍像個神祕的「黑盒子」，研究人員能夠理解網路接收的輸入，並分析它們產生的輸出資料，但至於如何處理內部訊息仍是個謎。與狗狗一起工作有些類似，研究人員同樣可獲得了大量的癌症樣本，教導狗狗換取獎勵的行為，但狗狗如何判斷的機制則是黑盒子。
誰是好狗狗
該公司目前正在進行一項臨床試驗，這是有史以來規模最大的動物疾病鑑定試驗之一，有大約2,000名試驗對象。 該試驗由台拉維夫Sourasky醫療中心癌症預防中心負責人 Nadir Arber 教授執行。迄今為止的數據令人鼓舞。今（2023）年二月初公佈的中期結果基於經過驗證的癌症患者和癌症陰性對照組中收集的 575 個樣本。這些樣本被送到SpotItEarly公司實驗室進行雙盲測試。
SpotItEarly的篩查方法正確識別了92.8%的患病參與者，與其他篩查方法相比，這是一個很高的靈敏度。偽陽性低於7%。該測試在參與研究的四種癌症中表現穩定：結腸癌 (95%)、乳腺癌 (93%)、前列腺癌 (93%) 和肺癌 (91%)。 結果令人興奮，因為即使在疾病的早期階段（第 1 階段和第 2 階段），測試的靈敏度仍然很高。
拯救生命的熱情
人類遺傳學專家Yifat Zivony是SpotItEarly實驗室的負責人，她在醫院工作時，常常必須接觸到疾病已發作的血液樣本。眾人束手無策的經驗讓她毅然而然放棄高薪的終身職位，加入SpotItEarly新創公司，希望讓疾病能早期發現早期治療是她的使命，她的工作室使SpotItEarly實驗室達到高的醫學標準，如：如何訓練狗進行臨床篩檢、選狗標準是什麼，及犬隻實習情況。Zivony說：「口罩內的呼吸樣本比血液、尿液或糞便更耐用。它不易受溫度變化的影響，體積小且重量輕，因此很容易運輸，此外，我們也必須未雨綢繆，在家中進行測時這種控制條件不如醫院的情況也必須列入考慮。」
診斷癌症的傳統方法包括「身體檢查」、「血液」、「糞便和尿液樣本」、「攝影篩檢」和「切片檢查」。它們在臨床上得到廣泛使用，但很少具有在症狀出現之前進行癌症診斷所必需的特徵，而且檢查常是侵入性且昂貴的、可能涉及輻射安全並且難以執行。乳腺癌，乳房X光檢查等篩查測試可能很重要，但也常受到批評：敏感性低、許多偽陽性結果和不必要的切片檢查。統計數據顯示，為了挽救一名婦女，需要50名婦女接受切片檢查。
SpotItEarly也在開發更新的診斷方法，以透過血液中游離DNA片段等「生物標記」解決早期檢測的難題，某些生物標記會影響特定癌症治療的效果。根據報導，如果一切如預期順利進行，SpotItEarly將有機會成為一種獨特的癌症檢測方法。
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