Bewertung flüchtiger organischer Verbindungen im Stuhl bei der Diagnose entzündlicher Darmerkrankungen bei Kindern (VOCs)

Chronisch entzündliche Darmerkrankungen (IBD) sind ein wachsendes und bedeutendes Problem im Kindesalter. Die Diagnose und Überwachung von CED bei Kindern ist hochgradig invasiv und geht mit Risiken, Stress/Angst für Kinder und Familien und einer erheblichen Inanspruchnahme von Gesundheitsressourcen einher. Kinder, Jugendliche und Familien haben den Ermittlern mitgeteilt, dass ein nicht-invasiver diagnostischer Test für den NHS Priorität hat.

IBD ist eine unheilbare chronische, rezidivierende Erkrankung unbekannter Ätiologie. Seine Häufigkeit hat in den letzten Jahren weltweit deutlich zugenommen, wobei die höchste Prävalenz in Europa gemeldet wurde (322/100.000 Einwohner für MC; 505/100.000 für UC). Insbesondere in der nördlichen Hemisphäre wurde bei Kindern eine deutlich erhöhte Inzidenz beobachtet, die größtenteils auf eine Zunahme von Morbus Crohn zurückzuführen ist. Bis zu 25 % der CED beginnen in der Kindheit oder Jugend.

IBD im Frühstadium, möglicherweise aufgrund der Vererbung einer größeren Anzahl von Anfälligkeitsgenen und/oder einer früheren Exposition gegenüber Umweltauslösern, unterscheidet sich von der bei Erwachsenen. Bei Kindern tritt die Entzündung am häufigsten im Dickdarm auf, was die Differenzierung zwischen CD und CU erschwert. CD mit frühem Beginn tritt häufiger bei Jungen auf (während die Erkrankung im Erwachsenenalter häufiger bei Frauen auftritt) und neigt dazu, ausgedehnter zu sein, mit einer stärkeren Beteiligung des oberen Darms. Die Darmentzündung bei Kindern mit Colitis ulcerosa ist auch tendenziell ausgedehnter als bei Erwachsenen.

Bei der Erstvorstellung sind bei allen verdächtigen Kindern eine Endoskopie des oberen und unteren Darms (erfordert zwei Tage Darmreinigung und in der Regel eine Vollnarkose) und eine Dünndarmdarstellung durch Magnetresonanz-Enterographie oder drahtlose Kapselendoskopie erforderlich. Obwohl schwerwiegende unerwünschte Ereignisse selten sind, sind diese invasiven Untersuchungen für Kinder und ihre Familien sehr belastend und verbrauchen beträchtliche Krankenhausressourcen. Die Durchführung dieser Untersuchungen verzögert die Diagnose und den Beginn der Behandlung.

Genaue, nicht-invasive, schnelle und kostengünstige diagnostische Werkzeuge, die in der Klinik oder auf der Station eingesetzt werden können, und bessere Mittel zur Unterscheidung von CD und CU werden benötigt. Fäkales Calprotectin (FC), ein unspezifischer Marker für Darmentzündungen, wird von NICE empfohlen, um IBD von nicht entzündlichen Darmerkrankungen wie dem Reizdarmsyndrom zu unterscheiden (https://www.nice.org.uk/guidance/dg11) und ein patientennaher Test wurde entwickelt (http://www.buhlmannlabs.ch/core/quantum-blue/calprotectin/). Eine kürzlich durchgeführte Metaanalyse (394 CED/321 Kontrollen ohne CED) berichtete über eine gepoolte Sensitivität und Spezifität von FC bei der Diagnose von CED bei Kindern von 0,98 (95 % Konfidenzintervall: 0,95-1,0). bzw. 0,68 (0,50–0,86). Die geringe Spezifität weist darauf hin, dass ein alternativer oder zusätzlicher Test mit höherer Spezifität erforderlich ist, um die Zeit bis zur Diagnose zu verkürzen und zu vermeiden, dass sich viele Kinder unnötigen Untersuchungen unterziehen.

Es besteht großes Interesse an der Messung von flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) in Atem und Dämpfen aus verschiedenen menschlichen Geweben (Urin, Stuhl, Blut) bei der Diagnose und Überwachung einer Vielzahl von Krankheiten. Vom Stuhl abgegebene VOCs sind für den Stuhlgeruch verantwortlich und bestehen aus einer großen Anzahl von kohlenstoffbasierten Molekülen mit niedriger Molekülmasse (< 1,5 Kd), einschließlich organischer Säuren, Alkohole, Ester, heterozyklischer Verbindungen, Aldehyde, Ketone und Alkane. Sie resultieren aus dem Stoffwechsel der Darmschleimhaut und der Darmmikrobiota und ihre Häufigkeit ändert sich entsprechend den spezifischen Auswirkungen von Darmerkrankungen auf diese Prozesse.

Forscher haben gezeigt, dass fäkale VOCs innerhalb und zwischen Individuen trotz täglicher Variationen in der Ernährung über die Zeit relativ stabil sind und nicht durch das Einfrieren und die Lagerung von Stuhlproben beeinflusst werden. Wir haben die Verfahren zur Stuhlbehandlung für die Metabolitenextraktion für die Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS)-Analyse (Probenvolumen, Festphasen-Mikroextraktionsfaserbeschichtung, Extraktionsbedingungen [Temperatur und Zeit] und Fläschchenvolumen) optimiert und auch die erweiterte Statistik entwickelt Methoden zur Bestimmung und zum Vergleich von VOC-Profilen.

Forscher haben gezeigt, dass die VOC-Analyse erwachsene Patienten mit durchfalldominiertem Reizdarmsyndrom (n = 30) von Patienten mit aktiver CD (62) und CU (n = 48) trennt; Sensitivität von 94 % und 96 % und Spezifität von 82 % bzw. 80 %; p < 0,05). Unsere Daten bei Erwachsenen deuten stark darauf hin, dass VOCs CD von UC und auch Crohn-Colitis von UC unterscheiden (Ahmed 2013). Neuere Forschungen haben gezeigt, dass VOCs auch bei erwachsenen Patienten zwischen aktiver und inaktiver CD und CU unterscheiden (Ahmed 2016).

Trotz dieser ermutigenden Ergebnisse kann angesichts der Unterschiede bei CED zwischen Erwachsenen und Kindern und der sich mit dem Alter verändernden Darmmikrobiota nicht davon ausgegangen werden, dass diagnostische Tests, die bei Erwachsenen wirksam sind, zwangsläufig auch bei Kindern funktionieren. Daher muss diese Technologie an Kindern getestet werden. In einer Proof-of-Principle-Studie unterschieden fäkale VOC Kinder mit IBD von gesunden Kindern sowohl während der aktiven Krankheit als auch während der Remission. Den Forschern sind jedoch keine früheren Studien bei Kindern bekannt, die den Nutzen von fäkalen VOCs bei der Unterscheidung von IBD von anderen häufigen gastrointestinalen Erkrankungen in einem ambulanten Umfeld oder bei der Überwachung des Ansprechens auf die Behandlung bewertet haben.

Die Messung von VOCs in frischen Stuhlproben mit Benchtop-Geräten in der Klinik oder Station wird in naher Zukunft möglich sein. Die University of Liverpool besitzt das geistige Eigentum für die Entwicklung eines Point-of-Care-Instruments. Die Entwicklung dieser Technologie wird von der University of Liverpool und Cancer Research UK (letzteres zur Messung von VOCs im Urin zur Erkennung von Blasen- und Prostatakrebs) unterstützt. Industriepartner sind damit beschäftigt, den Prototypen in diesem Jahr für die Formgebung und Produktion zu verfeinern. Ziel ist es, in der EU ein vollständig getestetes, CE-gekennzeichnetes Point-of-Care-Instrument für Blasen- und Prostatakrebs im Jahr 2020/1 und für IBD/Reizdarmsyndrom im Jahr 2022 auf den Markt zu bringen.