Biomarkery v kondenzátech vydechovaného dechu u akutního poranění plic: Včasná detekce a předpovědi výsledků

Akutní poškození plic (ALI) a syndrom akutní respirační tísně (ARDS) jsou hlavními příčinami mortality a morbidity na jednotce intenzivní péče (JIP). Příčiny ALI/ARDS se liší pacient od pacienta, včetně sepse, aspirace, systémového zánětu, traumatu, krevní transfuze atd. S včasnou detekcí a léčbou může být míra přežití významně zlepšena. Často je však obtížné odlišit ALI/ARDS od kardiogenního plicního edému nebo jiných příčin, a to i pomocí pokročilé technologie a invazivních nástrojů. Potenciálním nástrojem je dechový chemický test, od měření vydechovaných plynů, jako je vydechovaný oxid dusnatý nebo oxid uhelnatý, po stanovení těkavých organických sloučenin a profilování netěkavých biomarkerů. Odběr vzorků kondenzátů vydechovaného vzduchu (EBC) je zcela neinvazivní a umožňuje lékařům a výzkumníkům snáze a flexibilně hodnotit tělesné funkce. Vydechovaný dech obsahuje tisíce těkavých a netěkavých sloučenin ve stopových množstvích. Proto až nedávno, po vývoji vysoce citlivých špičkových technologií v analýze vzorků, bylo možné hodnocení tohoto typu lidských vzorků. Pokročilé technologie v proteomice, metabolomice, GC/LC-hmotnostní spektrometrii a výpočtech rozpoznávání vzorů vytvářejí pole profilování vydechovaných biomarkerů, nazývané „breatomika“. Po zavedení metabolomického profilování EBC u pacientů s ALI, ARDS nebo kardiogenním plicním edémem mohl být vytvořen užitečný a výkonný neinvazivní nástroj pro diagnostiku ALI/ARDS a predikci výsledku.

Metabolomika nebo metabonomika je rozsáhlý přístup k monitorování co největšího počtu sloučenin zapojených do buněčných procesů v jediném testu pro odvození metabolických profilů. Ačkoli metabolomika nejprve odkazovala na sledování jednotlivých buněk a metabonomika odkazovala na mnohobuněčné organismy, tyto termíny se nyní často používají zaměnitelně. Metabolické změny probíhají řadou mechanismů, včetně přímé genetické regulace a změn enzymatických a metabolických reakcí. Metabolomika umožňuje globální hodnocení buněčného stavu v kontextu bezprostředního prostředí, přičemž bere v úvahu genetickou regulaci, změněnou kinetickou aktivitu enzymů a změny v metabolických reakcích. Ve srovnání s genomikou nebo proteomikou tedy metabolomika odráží změny fenotypu a tedy i funkce. Techniky aplikované na metabolické profilování zahrnují nukleární magnetickou rezonanci (NMR) a hmotnostní spektrometrii (MS). Metabolomika má tu výhodu, že je schopna vyhledávat proteiny nebo metabolity v krvi nebo moči. Metabolomika může být užitečná pro pochopení metabolické nerovnováhy a pro diagnostiku lidských onemocnění. V prsní tkáni bylo studováno více než 30 endogenních metabolitů a rakovina prsu vykazuje zvýšené celkové množství sloučenin obsahujících cholin (tCho), nízký glycerofosfocholin a nízkou hladinu glukózy ve srovnání s benigními nádory nebo zdravou tkání. Podobně jako u rakoviny prsu, rakovina prostaty vykazuje zřetelný metabolický profil charakterizovaný vysokými hladinami tCho a fosfocholinu spolu se zvýšením glykolytických produktů laktátu a alaninu. U rakoviny prostaty může být citrát také ukazatelem citlivosti na léčbu. Tyto výsledky ukazují potenciální užitečnost metabolomiky v diagnostice a klinickém hodnocení rakoviny.

Dechové chemické testy mají široké spektrum aplikací od měření vydechované frakce oxidu dusnatého (FeNO) ke sledování účinku protizánětlivé léčby astmatu až po stanovení těkavých organických sloučenin (VOC) a profilování netěkavých biomarkerů ve vzorku ochlazeného dechu nazývaného vydechovaný dechový kondenzát (EBC). Odběr vzorků dechu je zcela neinvazivní a umožňuje lékařům a výzkumníkům flexibilně hodnotit různé tělesné funkce. Dechová zkouška je proto považována za potenciálně ideálního kandidáta pro účely screeningu. Kromě široce známých složek, jako je dusík, kyslík, oxid uhličitý, inertní plyny a vodní pára, se vydechovaný dech skládá také z tisíců těkavých a netěkavých složek, převážně ve stopových množstvích, takže detekce je náročný úkol. Využití inovativních „-omických“ technologií, včetně proteomiky, metabolomiky, hmotnostní spektrometrie, plynové chromatografie/hmotnostní spektrometrie (GC-MS) a iontové mobility spektrometrie, nabízí velký potenciál pro oblast profilování vydechovaných biomarkerů. Na rozdíl od bronchoalveolární laváže (BAL) a indukce sputa, která zahrnuje inhalaci hypertonického fyziologického roztoku k vyvolání kašle a možné bronchokonstrikce, EBC neovlivňuje funkci dýchacích cest ani nezpůsobuje zánět. Lze jej snadno a bezpečně provádět u pacientů s těžkým onemocněním a umožňuje dokonce opakované měření. Jedná se tedy o relativně nový obor s potenciálem pro další studie, které mají být provedeny ke zkoumání akutního poškození plic metabolomikou.