Evaluering af fækale flygtige organiske forbindelser til diagnosticering af pædiatrisk inflammatorisk tarmsygdom (VOCs)

Inflammatorisk tarmsygdom (IBD) er et voksende og betydeligt problem i barndommen. Diagnosen og overvågningen af ​​IBD hos børn er meget invasiv og er ledsaget af risiko, stress/angst for børn og familier og betydelig brug af sundhedsressourcer. Børn, unge og familier har fortalt efterforskere, at en ikke-invasiv diagnostisk test er en prioritet for NHS.

IBD er en uhelbredelig kronisk, recidiverende tilstand af ukendt ætiologi. Hyppigheden er steget markant over hele verden i de seneste år med den højeste forekomst rapporteret i Europa (322/100.000 indbyggere for CD; 505/100.000 for UC). En markant øget forekomst er set hos børn, især på den nordlige halvkugle og hovedsagelig på grund af en stigning i Crohns sygdom. Op til 25 % af IBD starter i barndommen eller ungdommen.

Tidligt opstået IBD, muligvis på grund af nedarvning af et større antal følsomhedsgener og/eller tidligere eksponering for miljømæssige triggere, adskiller sig fra det, der forekommer hos voksne. Hos børn forekommer betændelse oftest i tyktarmen, hvilket komplicerer differentieringen mellem CD og UC. Tidligt debuterende CD er mere almindelig hos drenge (hvorimod voksendebut sygdom forekommer mere almindeligt hos kvinder) og har en tendens til at være mere omfattende med større involvering af den øvre tarm. Kolonbetændelse hos børn med UC har også en tendens til at være mere omfattende end hos voksne.

Ved den første præsentation hos alle mistænkte børn kræves øvre og nedre intestinal endoskopi (kræver to dages tarmrensning og sædvanligvis generel anæstesi) og tyndtarmsbilleddannelse ved magnetisk resonans enterografi eller trådløs kapselendoskopi. Selvom alvorlige uønskede hændelser er ualmindelige, er disse invasive undersøgelser meget stressende for børn og deres familier og bruger betydelige hospitalsressourcer. Disse undersøgelser forsinker diagnosen og starten af ​​behandlingen.

Der er behov for nøjagtige, ikke-invasive, hurtige og omkostningseffektive diagnostiske værktøjer, der kan bruges i klinikken eller afdelingen og bedre midler til at differentiere CD fra UC. Fækalt calprotectin (FC), en ikke-specifik markør for tarmbetændelse, anbefales af NICE for at skelne mellem IBD fra ikke-inflammatoriske tarmsygdomme såsom irritabel tyktarm (https://www.nice.org.uk/guidance/dg11) og en patientnær test er blevet udviklet (http://www.buhlmannlabs.ch/core/quantum-blue/calprotectin/). En nylig meta-analyse (394 IBD/321 ikke-IBD kontroller) rapporterede en samlet sensitivitet og specificitet af FC i diagnosen IBD hos børn på 0,98 (95 % konfidensinterval: 0,95-1,0) og henholdsvis 0,68 (0,50-0,86). Den lave specificitet indikerer, at en alternativ eller yderligere test med højere specificitet er nødvendig for at reducere tiden til diagnose og undgå, at mange børn gennemgår unødvendige undersøgelser.

Der er stor interesse for måling af flygtige organiske forbindelser (VOC'er) i åndedræt og dampe fra forskellige menneskelige væv (urin, afføring, blod) til diagnosticering og overvågning af en lang række sygdomme. VOC'er, der udsendes fra afføring, er ansvarlige for lugt af afføring og består af et stort antal kulstofbaserede molekyler med lav molekylvægt (<1,5 Kd), herunder organiske syrer, alkoholer, estere, heterocykliske forbindelser, aldehyder, ketoner og alkaner. De er et resultat af metabolismen af ​​tarmslimhinden og tarmmikrobiotaen, og deres overflod ændrer sig i overensstemmelse med tarmsygdommens specifikke virkning på disse processer.

Forskere har vist, at fækale VOC'er er relativt stabile over tid inden for og mellem individer på trods af daglig variation i kosten og ikke påvirkes af frysning og opbevaring af afføringsprøver. Vi har optimerede procedurer for afføringshåndtering til metabolitekstraktion til gaskromatografi-massespektrometri (GC-MS) analyse (prøvevolumen, fastfase mikroekstraktionsfibercoating, ekstraktionsbetingelser [temperatur og tid] og hætteglasvolumen og udviklede også den avancerede statistiske metoder, der kræves til at bestemme og sammenligne VOC-profiler.

Efterforskere har vist, at analysen af ​​VOC'er adskiller voksne patienter med diarré-dominerende irritabel tyktarm (n=30) fra dem med aktiv CD (62) og UC (n=48; sensitivitet på 94 % og 96 % og specificitet på 82 % og 80 % henholdsvis p<0,05). Vores data hos voksne tyder stærkt på, at VOC'er adskiller CD fra UC og også Crohns colitis fra UC (Ahmed 2013). For nylig har forskning vist, at VOC'er også skelner mellem aktiv og inaktiv CD og UC hos voksne patienter (Ahmed 2016).

På trods af disse opmuntrende resultater, i betragtning af forskellene i IBD mellem voksne og børn, og at tarmmikrobiotaen ændrer sig med alderen, kan det ikke antages, at diagnostiske test, der er effektive hos voksne, nødvendigvis vil virke på børn. Derfor skal denne teknologi testes på børn. I et proof-of-princip-studie skelnede fækale VOC'er børn med IBD fra raske børn både under aktiv sygdom og remission. Forskerne kender dog ikke til tidligere undersøgelser hos børn, der har evalueret anvendeligheden af ​​fækale VOC'er til at differentiere IBD fra andre almindelige gastrointestinale lidelser i ambulante omgivelser eller til overvågning af respons på behandling.

Måling af VOC'er i friske afføringsprøver ved hjælp af bordudstyr i klinikken eller afdelingen vil være mulig i den nærmeste fremtid. University of Liverpool ejer den intellektuelle ejendom til udvikling af et point-of-care-instrument. Udviklingen af ​​denne teknologi er støttet af University of Liverpool og Cancer Research UK (sidstnævnte til måling af VOC'er i urin for at påvise blære- og prostatacancer). Industrielle partnere er i gang med at forfine prototypen klar til støbning og produktion i år. Målet er at have et fuldt testet, CE-mærket, point-of-care-instrument til salg i EU til blære- og prostatacancer i 2020/1 og for IBD/irritabel tyktarm i 2022.