Těkavé látky v analýze dechu a headspace – diagnostické markery (Volatolome)

Studie navrhuje prozkoumat nový přístup k diagnostice a monitorování nemocí. Přístup je založen na detekci těkavých organických sloučenin (VOC), které jsou emitovány z buněk a detekovány přímo z tkáně, jako je kůže, chirurgický materiál, krev a také z vydechovaného dechu.

V literatuře existuje několik zpráv o VOC, které lze detekovat plynovou chromatografií - hmotnostní spektrometrií (GC-MS) přímo z: (i) headspace buněk TB (tj. směsi těkavých biomarkerů zachycených nad buňkami TB v zapečetěná nádoba); (ii) vydechovaný dech nebo (iii) z moči. Vynikající výsledky v detekci tuberkulózního onemocnění pomocí pole nanosenzorů prokázali Nakhleh et al. Dosáhli 90% senzitivity, 93% specificity a 92% přesnosti v rozlišení mezi zdravými a nemocnými pacienty pomocí elektronických nosních přístrojů s jedním senzorem. Žádná z uvedených studií neidentifikovala předběžné rozpoznání VOC souvisejících s tuberkulózou a nekvantifikovala rozdíly v koncentracích mezi vzorky od nemocných a zdravých kontrol. Další zkoumání VOC souvisejících s tuberkulózou vydechovaného dechu pomocí prostředků GC-MS zlepší znalosti a současně pomůže zlepšit návrh pole nanosenzorů.

Několik studií ukázalo, že vzorce VOC hodnocené nemocí mohou být přenášeny kůží, a proto může být kůže použita jako zdroj pro detekci a identifikaci onemocnění. Principem tohoto detekčního přístupu je, že změny související s onemocněním se promítají do měřitelných změn na kůži výměnou přes krev. Kromě toho několik studií naznačilo, že hladiny VOC jsou zvýšené i v raných stádiích onemocnění, protože odrážejí změnu v chemii lidského těla (v důsledku vývoje onemocnění), spíše než množství infikovaných buněk. . Doplňkové studie ukázaly, že těkavé organické sloučeniny mohou být emitovány do kůže během několika minut poté, co se objevily v infikované části lidského těla. Na tomto přístupu je zvláště významné to, že každý typ (infekčního) onemocnění má svůj vlastní jedinečný vzor VOC, a proto přítomnost jednoho (infekčního) onemocnění neodhalí jiné typy onemocnění. Nicméně, pokud je nám známo, detekce VOC tuberkulózy přes kůži nebyla dosud zkoumána. Kromě toho byly všechny studie zaměřené na VOC v kůži provedeny pomocí spektrometrie a spektroskopických technik. V několika případech byla použita elektronická nosní zařízení. Tyto techniky jsou výkonnými nástroji pro detekci VOC. K dnešnímu dni však použití těchto technik bránila potřeba středně až vysoce nákladných zařízení, vysoká úroveň odbornosti vyžadovaná pro provoz takových přístrojů, rychlost požadovaná pro odběr vzorků a analýzu a potřeba prekoncentračních technik. Aby se kožní testování VOC a dechové testování tuberkulózy široce používaly v klinické praxi, je třeba dosáhnout několika pokroků ve znalostech specifických VOC pro tuberkulózu a ve vývoji senzorů. Nanočástice obsahující flexibilní senzory založené na organických filmech se s větší pravděpodobností stanou klinickým diagnostickým nástrojem, protože jsou výrazně menší, snadněji použitelné a výrazně levnější.

V posledních letech komplexní studie ukázaly vynikající údaje pro použití VOC z vydechovaného dechu jako nástroje pro diagnostiku rakoviny žaludku. V jedné z největších studií provedených čínskými a lotyšskými centry bylo možné malignitu identifikovat s 89% senzitivitou a 90% specificitou po křížové validaci, bez ohledu na důležité matoucí faktory u žaludečních pacientů, jako je konzumace tabáku nebo alkoholu a infekce H. pylori . Dechový test na staging GC lze také prokázat rozlišením karcinomů stadia I&II od karcinomů stadia III&IV s 89% senzitivitou a 94% specificitou. Tyto studie využívaly jak technologie hmotnostní spektometrie, tak nanosenzorů. Nejnovější studie publikovaná v časopise ASC Nano v lednu 2017 informovala o rozšířenějším používání nanoarry senzorů při analýze dechu, slepé experimenty ukázaly, že s uměle inteligentním nanoarray lze dosáhnout 86% přesnosti, což umožňuje detekci i rozlišení mezi různými zkoumanými chorobnými stavy. (chronické selhání ledvin, idiopatická Parkinsonova choroba, atypický parkinsonismus, roztroušená skleróza, Crohnova choroba, ulcerózní kolitida, syndrom dráždivého tračníku, plicní arteriální hypertenze, preeklampsie u těhotných žen, rakovina hlavy a krku, rakovina plic, kolorektální rakovina, rakovina močového měchýře, rakovina ledvin, rakovina prostaty, rakovina žaludku a rakovina vaječníků. Analýza uměle inteligentního nanopole také ukázala, že každá nemoc má svůj vlastní jedinečný dechový otisk a že přítomnost jedné nemoci neodkryje ostatní.

Proto je tato studie zaměřena na testování technologií detekce VOC jako diagnostických a monitorovacích nástrojů pro trávicí trakt a infekční onemocnění.