Biomarkører i udåndet åndedrætskondensat ved akut lungeskade: Tidlig påvisning og udfaldsforudsigere

Akut lungeskade (ALI) og akut respiratorisk distress syndrom (ARDS) er de førende årsager til dødelighed og sygelighed på intensivafdelingen (ICU). Årsagerne til ALI/ARDS er forskellige fra patient til patient, herunder sepsis, aspiration, systemisk inflammation, traumer, blodtransfusion osv. Med tidlig opdagelse og behandling kan overlevelsesraten forbedres betydeligt. Det er dog ofte svært at skelne ALI/ARDS fra kardiogent lungeødem eller andre årsager, selv med avanceret teknologi og invasive værktøjer. Et potentielt værktøj er den kemiske udåndingstest, der spænder fra måling af udåndet gas, såsom udåndet nitrogenoxid eller kulmonoxid, til bestemmelse af flygtige organiske forbindelser og profilering af ikke-flygtige biomarkører. Da det er fuldstændigt ikke-invasivt, giver prøvetagning af udåndingskondensater (EBC) klinikere og forskere mulighed for at vurdere kropsfunktioner på en lettere og fleksibel måde. Udåndet ånde indeholder tusindvis af flygtige og ikke-flygtige forbindelser i spormængder. Derfor er det først for nylig, efter udviklingen af ​​meget følsomme banebrydende teknologier inden for prøveanalyse, at evalueringen af ​​denne type menneskelige prøver bliver mulig. Avancerede teknologier inden for proteomics, metabolomics, GC/LC-massespektrometri og mønstergenkendelsesberegning genererer et felt af udåndet biomarkørprofilering, kaldet "breathomics". Efter etableringen af ​​den metabolomiske profilering af EBC hos patienter med ALI, ARDS eller kardiogent lungeødem, kunne et nyttigt og kraftfuldt ikke-invasivt værktøj til ALI/ARDS-diagnose og udfaldsforudsigelse opstilles.

Metabolomics, eller metabonomics, er en storstilet tilgang til at overvåge så mange som muligt af de forbindelser, der er involveret i cellulære processer i et enkelt assay for at udlede metaboliske profiler. Selvom metabolomics først refererede til overvågning af individuelle celler og metabonomics refererede til multicellulære organismer, bruges disse termer nu ofte i flæng. Metaboliske ændringer sker gennem en række mekanismer, herunder direkte genetisk regulering og ændringer i enzymatiske og metaboliske reaktioner. Metabolomics giver mulighed for en global vurdering af en cellulær tilstand inden for rammerne af det umiddelbare miljø under hensyntagen til genetisk regulering, ændret kinetisk aktivitet af enzymer og ændringer i metaboliske reaktioner. Sammenlignet med genomik eller proteomik afspejler metabolomik således ændringer i fænotype og derfor funktion. Teknikker, der anvendes til metabolisk profilering, omfatter nuklear magnetisk resonans (NMR) og massespektrometri (MS). Metabolomics har den fordel, at de er i stand til at søge efter proteiner eller metabolitter i blodet eller urinen. Metabolomics kan være nyttige til at forstå metaboliske ubalancer og til diagnosticering af menneskelig sygdom. Over 30 endogene metabolitter er blevet undersøgt i brystvæv, og brystkræft viser forhøjet total cholinholdige forbindelser (tCho), lavt glycerofosphocholin og lavt glukose sammenlignet med godartede tumorer eller sundt væv. I lighed med brystkræft udviser prostatacancer en tydelig metabolisk profil karakteriseret ved høje tCho- og phosphocholinniveauer sammen med en stigning i de glykolytiske produkter laktat og alanin. Ved prostatacancer kan citrat også være en markør for reaktion på behandling. Disse resultater viser den potentielle nytte af metabolomics i cancerdiagnose og klinisk evaluering.

Udåndingskemiske tests har et bredt spektrum af anvendelser lige fra udåndet nitrogenoxidfraktion (FeNO) måling til at overvåge effekten af ​​antiinflammatorisk behandling ved astma, til bestemmelse af flygtige organiske forbindelser (VOC) og profilering af ikke-flygtige biomarkører i den afkølede udåndingsprøve kaldet udåndet vejrtrækningskondensat (EBC). Da det er fuldstændig ikke-invasivt, giver prøvetagning af åndedrættet klinikere og forskere mulighed for at vurdere forskellige kropsfunktioner på en fleksibel måde. Derfor anses åndedrætstest for at være en potentielt ideel kandidat til screeningsformål. Udover almindeligt kendte bestanddele som nitrogen, oxygen, kuldioxid, inaktive gasser og vanddamp, består udåndet ånde også af tusindvis af flygtige og ikke-flygtige komponenter, hovedsageligt i spormængder, hvilket gør detektion til en udfordrende opgave. Brugen af ​​innovative "-omics"-teknologier, herunder proteomics, metabolomics, massespektromik, gaskromatografi/massespektrometri (GC-MS) og ionmobilitetsspektrometrier, giver et stort potentiale for området for udåndet biomarkørprofilering. I modsætning til bronkoalveolær lavage (BAL) og sputuminduktion, som involverer inhalation af hypertonisk saltvand for at fremkalde hoste og muligvis bronkokonstriktion, påvirker EBC ikke luftvejsfunktionen eller forårsager betændelse. Det kan nemt og sikkert udføres på patienter med alvorlig sygdom og giver endda mulighed for at udføre gentagne målinger. Som sådan er dette et relativt nyt felt med potentiale for flere undersøgelser, der skal udføres for at undersøge akut lungeskade ved metabolomics.