Kemometri kan hjælpe med at spotte brystkræft, falsk olivenolie og allergikere
Kemi og matematik kombineres i et værktøj med mange funktioner og muligheder – værktøjet kaldes for kemometri.
brystkraæft olie metode potentiale kemi matematik

En ny metode rummer potentiale til at spotte brystkræft hele fem år, før vi kan i dag. (Foto: Shutterstock)

Inden for de seneste årtier er mængden af biologisk data eksploderet. Mulighederne for at indsamle ny viden i disse data er næsten uendelige – men hvordan griber vi det an, så vi får en brugbar viden ud af dataen?

Et af svarene findes i kemometri – en metode, der kombinerer kompleks matematik med intuitiv grafik til at oversætte tal til visuelle mønstre, som kan forstås umiddelbart.

Her vil jeg give et indblik i, hvorledes kemometrien bliver brugt til af finde svar inden for forudsigelse af brystkræft, fødevareforfalskning og i forståelsen af samspil mellem allergi, høfeber, astma og eksem.

Eksempler, der har direkte relevans for dig og mig.

Forudsigelse af brystkræft via blodprøve

Den første udfordring er diagnosticering af brystkræft. Her har kemometrien givet os en bedre løsning end mammografi.

Brystkræft er den hyppigste kræftform hos kvinder – 1 ud af 10 rammes på et tidspunkt i livet – og de rammes forholdsvis tidligt i livet i forhold til andre kræfttyper. Heldigvis er der mange, der overlever brystkræft. Fem år efter diagnosen er 87 procent stadig i live.

Bestil et gratis foredrag om kemometri

Morten Arendt Vils Rasmussen er med i 'Bestil en Forsker'-ordningen – en del af Forskningens Døgn – og kan til og med 3. april bookes gratis til at holde et foredrag mellem 20.-26. april. Det tilbud gælder også for de øvrige forskere i ordningen. 

Foredragets titel er 'Overload af data? Løs gåden med Kemometri!' og kan bestilles her

Brystkræft er blandt de sygdomme, der på verdensplan har de største konsekvenser for de berørte familier. Familier og patienter skal igennem et hårdt forløb, der både tærer på følelserne, og som koster dyrt. Både for den enkelte familie og samfundet.

Derfor er det vigtigt at kunne opdage brystkræften så tidligt som muligt, da tidlig opdagelse forbedrer sygdomsprognosen både med hensyn til behandlingsfølger og overlevelse.

Den klassiske metode, man har brugt til at detektere brystkræft med, er mammografi, altså røntgenundersøgelse af kvindens bryst. En mere simpel metode, der tager udgangspunkt i en blodprøve kan imidlertid opdage kræften meget tidligere end mammografi.

Nedbrydningsprodukter i blodet hjælper med at forudsige brystkræft

Fra en enkelt blodprøve kan man finde et bredt udsnit af kemiske stoffer, kaldet metabolitter, som afspejler de komplekse biokemiske processer, der sker i kroppen.

Metabolitter er en samlet betegnelse for de nedbrydningsprodukter, der findes i kroppen. De dannes, når kroppen nedbryder forskellige stoffer; når vi drikker alkohol omdannes ethanol til acetaldehyd, som giver tømmermænd, og når vi spiser kød, omdannes protein til kreatin, som er central i energiomsætning. Ethanol, acetaldehyd og kreatin er eksempler på metabolitter.

Når man undersøger blodets metabolitter, kaldes det metabolomics.

Metoden er endnu ikke klinisk implementeret, men vi har testet den på blod, der har været frosset ned i 15 år.

Vores resultater viser, at ved at kombinere metabolomics-data med kemometrisk dataanalyse er det muligt at forudsige brystkræft i op til fem år, før en tumor ville kunne detekteres i en mammografi! Og metabolomic-analysen virker med samme sikkerhed som mammografi.

brystkræft_metobolitter_kemometri

Metabolomics-mønstre i forhold til brystkræft (rød) og raske kvinder (blå) fem år efter prøvetagning. Pilene indikerer 24 metabolitter og hormonterapi (HRT), som er væsentlige for at forudsige brystkræft. Den totale model har syv forudsigende variabler, her er kun vist de første to. (Figur: Morten Arendt Rasmussen)

Metoden ser et andet mønster

Det fascinerende ved dette er, at kvinder, der senere udvikler brystkræft, har et ændret metabolisk mønster i sammenligning med kvinder, der forbliver raske.

Man kunne foranlediges til at tro, at der med metoden detekteres farlige kræftmolekyler i blodet, men det er ikke tilfældet; de metabolitter, som vi opdager, er alle helt almindeligt forekommende.

Det, der forudsiger, om man får brystkræft, er forholdet mellem forskellige metabolitter snarere end forskelle på enkelte metabolitter.

Det er altså ikke et bestemt stof i blodet, der forudsiger brystkræft. Det er et bestemt forhold mellem metabolitter i blodet, der forudsiger brystkræft. Og for at finde dette forhold skal vi altså ind og lave matematisk mønstergenkendelse på de målinger, vi tager. Vi skal bruge kemometri.

Falsk olivenolie bliver afsløret af kemometri

Et andet sted, kemometrien kan komme til undsætning, er i fødevareforfalskning.

»Jeg har en snedig fidus! Lad os købe billig olivenolie, hælde det på nye flasker, lave en flot etikette, mærke det med made in Italy og sælge det til mange penge.«

Dette virker som en ganske ligetil plan for moralsk anløbne, og det er det for så vidt også. Olivenolie uanset oprindelse består 99 procent af de samme fedtsyrer. Forskellene mellem forfalsket og original olie findes, men er gemt godt og grundigt.

Ved hjælp af kemiske metoder som for eksempel nær infrarød-spektroskopi er det muligt på få sekunder at måle den kemiske sammensætning af olivenolien. Ved hjælp af kemometriske metoder kan man herefter finde de kemiske 'fingeraftryk' fra olivenolien, som adskiller forfalskede og originale olier.

De moralsk anløbne olivenolie-falsknere kan i fremtiden således blive afsløret med spektroskopi og kemometri.

Pelsdyrallergi øger risikoen for astma

Allergimønstre er et tredje eksempel på, at kemometrien kommer os til undsætning.

De syv allergikertyper

… baseret på allergener fra:

  • Kat, hund og hest
  • Græs og birkepollen
  • Skimmel
  • Husstøvmider
  • Peanuts, hvede og gråbynke
  • Peanuts og sojabønner
  • Æg, mælk og hvede 

Det er alment anerkendt, at hvis du har allergi, er der også en større chance for, at du lider af astma og eksem. Overordnet set er dette korrekt, men det er også en meget forsimplet måde at forklare samspillet mellem disse komplekse sygdomme.

Type af allergi (mælk, æg, hund, kat og så videre), samt hvornår allergien opstår i livet, har stor indflydelse på, hvilken allergikertype et enkelt individ tilhører.

Vi har brugt en kemometrisk metode kaldet PARAFAC til at afdække syv forskellige allergikertyper (se faktaboksen). 

Baseret på data fra i alt 3.500 børn med og uden allergi i Danmark og Sverige har vi fundet frem til, at specielt allergi overfor husdyr med pels (hund, kat og hest) associerer til astma. Derudover fandt vi, at jo tidligere allergien opstår, des stærkere er denne association.

Metoden er endnu ikke implementeret i astma- og allergibehandlingen, men resultaterne er solide.

Fra kompleks forskning til brugbare værktøjer

»Everything should be made as simple as possible, but not simpler,« sagde Einstein.

ForskerZonen

Denne artikel er en del af ForskerZonen, som er stedet, hvor forskerne selv kommer direkte til orde.

Her skriver de om deres forskning og forskningsfelt, bringer relevant viden ind i den offentlige debat og formidler til et bredt publikum.

ForskerZonen er støttet af Lundbeckfonden.

Et af målene med forskning er at skabe viden, som kan udbredes så bredt som muligt. Dette medfører et naturligt dilemma mellem den uoverskuelige kompleksitet, der karakteriserer et (biologisk) system, som vi forsøger at forstå og formidle, og så en bred skare af modtagere, hvor simple historier har stor gennemslagskraft.

Dette dilemma er hele fundamentet for fake news, hvor værdien af en historie valideres efter, om den er umiddelbar letforståelig og ikke på baggrund af, hvilke data og kilder der ligger til grund.

I forskning ser vi på tilsvarende vis, at mange forskningsresultater ikke kan reproduceres, da kompleksiteten af virkeligheden er blevet ofret på simplicitetens alter.

Big-data revolutionen har vist værdien af komplekse data, og anskueliggjort, at selvom en datamodel kan være umulig at forstå, kan den sagtens afspejle virkeligheden og være brugbar.

Via kemometriens visuelle element får vi yderligere et værktøj til tolkning af komplekse sammenhænge.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.