Ulosteen haihtuvien orgaanisten yhdisteiden arviointi lasten tulehduksellisen suolistosairauden diagnosoinnissa (VOCs)

Tulehduksellinen suolistosairaus (IBD) on kasvava ja merkittävä ongelma lapsuudessa. Lasten IBD:n diagnosointi ja seuranta on erittäin invasiivista, ja siihen liittyy riskejä, stressiä/ahdistusta lapsille ja perheille sekä merkittävää terveydenhuollon resurssien käyttöä. Lapset, nuoret ja perheet ovat kertoneet tutkijoille, että non-invasiivinen diagnostinen testi on NHS:n prioriteetti.

IBD on parantumaton krooninen, uusiutuva sairaus, jonka etiologiaa ei tunneta. Sen esiintymistiheys on lisääntynyt huomattavasti kaikkialla maailmassa viime vuosina, ja suurin esiintyvyys on raportoitu Euroopassa (322/100 000 väestöstä CD:n ja 505/100 000 UC:n osalta). Merkittävästi lisääntynyt ilmaantuvuus on havaittu lapsilla erityisesti pohjoisella pallonpuoliskolla, mikä johtuu suurelta osin Crohnin taudin lisääntymisestä. Jopa 25 % IBD:stä alkaa lapsuudessa tai nuoruudessa.

Varhain alkava IBD, joka johtuu mahdollisesti suuremman määrän herkkyysgeenien periytymisestä ja/tai aikaisemmasta altistumisesta ympäristön laukaisijoille, eroaa aikuisilla esiintyvästä. Lapsilla tulehdusta esiintyy yleisimmin paksusuolessa, mikä vaikeuttaa CD:n ja UC:n eroamista. Varhain alkava CD on yleisempää pojilla (kun taas aikuisilla alkava sairaus esiintyy useammin naisilla) ja se on yleensä laajempi, kun ylemmän suolen vaikutus on suurempi. Myös paksusuolentulehdus lapsilla, joilla on UC, on yleensä laajempi kuin aikuisilla.

Alkuvaiheessa kaikilla epäillyillä lapsilla vaaditaan ylä- ja alasuolen endoskopia (vaatii kahden päivän suolen puhdistuksen ja yleensä yleisanesteetin) ja ohutsuolen kuvantamisen magneettiresonanssienterografialla tai langattomalla kapseliendoskopialla. Vaikka vakavat haittatapahtumat ovat harvinaisia, nämä invasiiviset tutkimukset ovat erittäin stressaavia lapsille ja heidän perheilleen ja kuluttavat huomattavia sairaalaresursseja. Näiden tutkimusten tekeminen viivästyttää diagnoosia ja hoidon aloittamista.

Tarvitaan tarkkoja, ei-invasiivisia, nopeita ja kustannustehokkaita diagnostisia työkaluja, joita voidaan käyttää klinikalla tai osastolla, sekä parempia tapoja erottaa CD UC:sta. NICE suosittelee ulosteen kalprotektiiniä (FC), joka on epäspesifinen suoliston tulehduksen merkkiaine, erottamaan IBD ei-tulehduksellisista suolistosairauksista, kuten ärtyvän suolen oireyhtymästä (https://www.nice.org.uk/guidance/dg11) ja lähes potilastesti on kehitetty (http://www.buhlmannlabs.ch/core/quantum-blue/calprotectin/). Äskettäinen meta-analyysi (394 IBD/321 ei-IBD-kontrollia) raportoi FC:n yhdistetyn herkkyyden ja spesifisyyden IBD:n diagnoosissa lapsilla 0,98 (95 %:n luottamusväli: 0,95-1,0). ja 0,68 (0,50-0,86). Matala spesifisyys osoittaa, että tarvitaan vaihtoehtoinen tai lisätesti, jolla on korkeampi spesifisyys, jotta diagnoosiin kuluva aika lyhenisi ja vältytään siltä, ​​että monet lapset joutuvat tarpeettomiin tutkimuksiin.

Kiinnostus haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC) mittaamiseen hengityksen ja eri ihmiskudosten (virtsa, uloste, veri) höyryjen suhteen on suuri useiden sairauksien diagnosoinnissa ja seurannassa. Ulosteesta vapautuvat VOC-yhdisteet aiheuttavat ulosteen hajua ja koostuvat suuresta määrästä alhaisen molekyylimassan (<1,5 Kd) hiilipohjaisia ​​molekyylejä, mukaan lukien orgaaniset hapot, alkoholit, esterit, heterosykliset yhdisteet, aldehydit, ketonit ja alkaanit. Ne syntyvät suolen limakalvon ja suoliston mikrobiotan aineenvaihdunnasta ja niiden runsaus muuttuu suolistosairauksien spesifisten vaikutusten mukaan näihin prosesseihin.

Tutkijat ovat osoittaneet, että ulosteen VOC-yhdisteet ovat suhteellisen stabiileja ajan mittaan yksilöiden sisällä ja välillä huolimatta päivittäisestä ruokavalion vaihtelusta, eikä ulostenäytteiden jäädyttäminen ja säilytys vaikuta niihin. Olemme optimoineet ulosteiden käsittelymenettelyt metaboliitin uuttamista varten kaasukromatografia-massaspektrometria (GC-MS) -analyysiä varten (näytteen tilavuus, kiinteän faasin mikrouuttokuitupinnoite, uuttoolosuhteet [lämpötila ja aika] ja injektiopullon tilavuus) sekä kehittäneet edistyneen tilastollisen VOC-profiilien määrittämiseen ja vertailuun tarvittavat menetelmät.

Tutkijat ovat osoittaneet, että VOC-analyysi erottaa aikuiset potilaat, joilla on pääasiallinen ripuli, ärtyvän suolen oireyhtymä (n=30) potilaista, joilla on aktiivinen CD (62) ja UC (n=48; herkkyys 94 % ja 96 % ja spesifisyys 82 % ja 80 %, vastaavasti; p < 0,05). Tietomme aikuisista viittaavat vahvasti siihen, että VOC-yhdisteet erottavat CD:n UC:sta ja myös Crohnin paksusuolentulehduksen UC:stä (Ahmed 2013). Äskettäin tehdyt tutkimukset ovat osoittaneet, että VOC-yhdisteet erottavat myös aikuispotilaiden aktiivisen ja inaktiivisen CD:n ja UC:n (Ahmed 2016).

Näistä rohkaisevista havainnoista huolimatta, kun otetaan huomioon erot IBD:ssä aikuisten ja lasten välillä ja että suoliston mikrobiota muuttuu iän myötä, ei voida olettaa, että aikuisilla tehokkaat diagnostiset testit välttämättä toimisivat lapsilla. Siksi tätä tekniikkaa on testattava lapsilla. Todistetutkimuksessa ulosteen VOC-aineet erottivat IBD-lapset terveistä lapsista sekä aktiivisen sairauden että remission aikana. Tutkijat eivät kuitenkaan ole tietoisia aiemmista lapsilla tehdyistä tutkimuksista, joissa olisi arvioitu ulosteen VOC-yhdisteiden hyödyllisyyttä IBD:n erottamisessa muista yleisistä maha-suolikanavan sairauksista avohoidossa tai hoitovasteen seurannassa.

VOC-yhdisteiden mittaus tuoreista ulostenäytteistä klinikalla tai osastolla olevalla pöytäkoneella on mahdollista lähitulevaisuudessa. Liverpoolin yliopisto omistaa immateriaaliomaisuuden piste-of-care-instrumentin kehittämiseen. Tämän tekniikan kehitystä tukevat Liverpoolin yliopisto ja Cancer Research UK (jälkimmäinen mittaamaan VOC-yhdisteitä virtsassa virtsarakon ja eturauhassyövän havaitsemiseksi). Teollisuuskumppanit jalostavat prototyyppiä valmiiksi muovattavaksi ja tuotantoon tänä vuonna. Tavoitteena on saada EU:ssa myyntiin täysin testattu, CE-merkitty, kaukosäädinlaite virtsarakon ja eturauhassyövän hoitoon vuosina 2020/1 ja IBD/ärtyvän suolen oireyhtymään vuonna 2022.