El aliento, una vía para el diagnóstico temprano del cáncer de pulmón

Lejos de ser solo aire, nuestro aliento transporta una mezcla compleja de compuestos químicos, que al ser analizados abre una vía prometedora para el diagnóstico temprano de cáncer de pulmón. 

En cada exhalación liberamos principalmente nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono y vapor de agua; en concentraciones mucho menores también viajan cientos de moléculas conocidas como compuestos orgánicos volátiles (COVs), que aunque están presentes en cantidades diminutas, contienen información clave sobre los procesos que ocurren dentro del organismo. Su estudio se conoce como breathomics y se enfoca en examinar de manera detallada los compuestos exhalados, con el fin de identificar y estudiar su comportamiento.

Tras generarse a nivel celular, estas sustancias volátiles son transportadas a través del torrente sanguíneo y alcanzan los alvéolos pulmonares, desde donde son liberadas al exterior durante la exhalación. A ellas se suman otras provenientes del entorno, que ingresan al cuerpo mediante la inhalación, la ingestión o el contacto con la piel. En conjunto, todas conforman una firma química única del aliento.

Por esta razón, su perfil químico refleja no solo los procesos internos del organismo, sino la influencia del ambiente al que estamos expuestos. Las variaciones de COVs aportan información sobre el estado fisiológico y de salud de una persona, convirtiendo a la breathomics en una herramienta prometedora para el estudio no invasivo de los procesos que ocurren en el cuerpo humano. 

Analizar el aliento a detalle

En el aliento se encuentra una compleja mezcla de compuestos orgánicos volátiles, cuyo perfil químico cambia, según los procesos que ocurren en el organismo y el entorno al que estamos expuestos. Para analizar esta diversidad de moléculas, se requieren instrumentos altamente sensibles, capaces de detectar y diferenciar sustancias en concentraciones muy bajas.

El equipo llamado Vocus 2R PTR-ToF-MS (Tofwerk), basado en la transferencia de protones hacia especies con mayor afinidad protónica que el agua, acoplado a un espectrómetro de masas de alta resolución. Esta tecnología permite identificar en tiempo real los compuestos presentes en el aliento y caracterizar su firma química. 

Estudios en México

En México, investigadores del Instituto de Ciencias de la Atmósfera y Cambio Climático de la Universidad Nacional Autónoma de México (ICAyCC-UNAM), en colaboración con colegas del Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias “Ismael Cosío Villegas” (INER), trabaja en el desarrollo de un modelo no invasivo para la detección temprana de enfermedades respiratorias, incluso antes de que se manifiesten los síntomas.

Para lograrlo, el equipo de la UNAM emplea espectrometría de masas de alta resolución con un objetivo claro: identificar y cuantificar compuestos orgánicos volátiles que puedan servir como biomarcadores de enfermedad. La meta es encontrar “agujas en el pajar”, es decir, marcadores químicos específicos cuya presencia o variación en concentración se asocie con determinados procesos patológicos.

Sin embargo, detectar estas moléculas es solo el primer paso. Cada medición genera una gran cantidad de información, ya que el aliento contiene numerosos COVs que varían entre personas. Para interpretar estos datos se emplean herramientas estadísticas y modelos de aprendizaje automático, capaces de reconocer patrones asociados con distintos estados de salud e identificar personas con mayor riesgo.

Tras evaluar su desempeño, estos modelos pueden funcionar como herramientas de apoyo para la detección temprana, sin sustituir a los métodos diagnósticos convencionales.

Este proyecto se apoya en el trabajo conjunto de especialistas y estudiantes de química, medicina y biología, quienes participan en el registro de pacientes, la obtención de muestras y el desarrollo de los modelos de análisis, con el objetivo de aportar herramientas que favorezcan un diagnóstico oportuno y un uso más eficiente de los recursos en salud.

El enfoque permite avanzar en dos direcciones: por un lado, generar información útil para el desarrollo y evaluación de modelos analíticos; y por otro, integrar el proyecto como un espacio formativo, donde los estudiantes participan desde la toma de muestras hasta el análisis de datos, fortaleciendo su preparación académica.

Hacia una detección temprana no invasiva

A partir de esta línea de investigación, y con sustento en los trabajos de tesis y análisis recientes de Campos González, Hernández-Camarillo y Vera Nuñez, se logró identificar compuestos orgánicos volátiles diferenciados entre individuos con y sin cáncer de pulmón (ocho y dos, respectivamente) y EPOC (siete). Los análisis señalaron COVs candidatos con comportamiento distintivo en cada grupo.

La siguiente etapa será evaluar la consistencia y el desempeño de esta información con mayor número de individuos, y posteriormente desarrollar y evaluar modelos analíticos más robustos, orientados a la detección temprana y a la identificación de perfiles de riesgo.

Sin embargo, para que una tecnología apoye la práctica clínica, es fundamental tomar en cuenta que no todas las personas son iguales.

• Cada individuo tiene una “huella química” propia en su aliento, que cambia de manera natural, por lo que el reto científico principal es diferenciar las variaciones normales de aquellas asociadas a un proceso patológico.

Por esta razón, no basta con estudiar a unos cuantos participantes. Es necesario trabajar con grupos amplios y seguir protocolos bien definidos, para comprobar que los resultados se mantengan consistentes en distintas poblaciones y condiciones.

La investigación descrita plantea un cambio frente a los enfoques tradicionales, que suelen confirmar una enfermedad cuando ya se encuentra en etapas avanzadas. En su lugar, explora estrategias orientadas a la detección temprana, mostrando cómo el paso de estudios iniciales a evaluaciones más sistemáticas revela el potencial de la breathomics como una aproximación con posibilidades reales de integrarse, en el futuro, a la práctica médica.

El trabajo de los equipos científicos en México refleja un esfuerzo constante por evaluar hasta dónde pueden llegar estas estrategias. Cada muestra analizada y cada conjunto de datos procesado aportan información valiosa para entender cómo estas herramientas podrían contribuir a una atención médica más preventiva, basada en tecnología analítica y evidencia científica, con el propósito de mejorar la calidad de vida de las personas.

Referencias

Beauchamp, J. D. & Miekisch, W. Breath sampling and standardization. Breathborne Biomarkers and the Human Volatilome 23–41 (2020) doi:10.1016/B978-0-12-819967-1.00002-5.

Campos González, J. Determinación de los perfiles de marcadores de compuestos orgánicos volátiles exhalados por el aliento humano asociados al cáncer de pulmón aplicando O2+ como agente de ionización. Preprint at https://hdl.handle.net/20.500.14330/TES01000867972 (2025).

Hernández-Camarillo M. Determinación de compuestos orgánicos volátiles (COVS) en el aliento. (Universidad Nacional Autónoma de México).

Lourenço, C. & Turner, C. Breath Analysis in Disease Diagnosis: Methodological Considerations and Applications. Metabolites 4, 465 (2014).

Vera Nuñez Fernando. Análisis de compuestos orgánicos volátiles en el aliento de pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica, cáncer de pulmón y un grupo control por PTR-TOF-MS. (Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad de México).

Yockell-Lelièvre, H., Philip, R., Kaushik, P., Masilamani, A. P. & Meterissian, S. H. Breathomics: A Non-Invasive Approach for the Diagnosis of Breast Cancer. Bioengineering 12, 411 (2025).

Zhang, X., Ellis, A., Quint, J. K. & Bottle, A. Survey-identified experiences of prediagnosis and diagnosis process among patients with COPD, asthma, interstitial lung disease and bronchiectasis. BMJ Open Respir Res 10, (2023).

AUTORES

Fernando Vera Nuñez/Omar Amador Muñoz, Laboratorio de Especiación Química de Aerosoles Orgánicos Atmosféricos, Instituto de Ciencias de la Atmósfera y Cambio Climático, UNAM

Joshua Campos González/Rogelio Pérez Padilla, Departamento de Investigación en Tabaquismo y EPOC, Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias Ismael Cosío Villegas, Secretaría de Salud

Jesús Ramón Sosa Chombo, Departamento de Oncología, Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias Ismael Cosío Villegas, Secretaría de Salud