Haihtuvat aineet hengitys- ja headspace-analyysissä – diagnostiset merkit (Volatolome)

Tutkimus ehdottaa uudenlaisen lähestymistavan tutkimista sairauksien diagnosointiin ja seurantaan. Lähestymistapa perustuu haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC) havaitsemiseen, jotka vapautuvat soluista ja havaitaan suoraan kudoksesta, kuten ihosta, leikkausmateriaalista, verestä sekä uloshengitetystä hengityksestä.

Kirjallisuudessa on useita raportteja VOC-yhdisteistä, jotka voidaan havaita kaasukromatografialla - massaspektrometria (GC-MS) tarkoittaa suoraan: (i) TB-solujen ylätilasta (eli haihtuvien biomarkkerien seoksesta, joka on vangittu TB-solujen yläpuolelle sinetöity astia); (ii) uloshengitys tai (iii) virtsasta. Erinomaiset tulokset tuberkuloositaudin havaitsemisessa nanosensorimatriisia käyttämällä osoittivat Nakhleh et al saavuttivat 90 % herkkyyden, 93 % spesifisyyden ja 92 % tarkkuuden terveiden ja sairaiden potilaiden erottelussa käyttämällä elektronisia nenälaitteita yhdellä sensorilla. Yhdessäkään raportoiduista tutkimuksista ei tunnistettu tuberkuloosiin liittyvien VOC-yhdisteiden alustavaa tunnistamista eikä kvantifioitu sairaiden ja terveiden kontrollien näytteiden pitoisuuseroja. Uloshengityshengitys tuberkuloosiin liittyvän VOC:n jatkotutkimus GC-MS-keinoilla parantaa tietämystä ja auttaa samalla parantamaan nanosensoriryhmän suunnittelua.

Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että sairaudelle luokitellut VOC-kuviot voivat siirtyä ihon läpi, ja siksi ihoa voidaan käyttää lähteenä taudin havaitsemiseen ja tunnistamiseen. Tämän havaitsemislähestymistavan periaate on, että sairauteen liittyvät muutokset heijastuvat mitattavissa olevina muutoksina ihossa veren kautta tapahtuvan vaihdon kautta. Lisäksi useat tutkimukset ovat osoittaneet, että VOC-tasot ovat kohonneet jopa taudin alkuvaiheessa, koska ne heijastavat muutosta ihmisen kehon kemiassa (sairaustilan kehittymisen seurauksena) eikä tartunnan saaneiden solujen määrässä. . Täydentävät tutkimukset ovat osoittaneet, että VOC-yhdisteitä voi vapautua iholle muutamassa minuutissa sen jälkeen, kun ne ovat ilmaantuneet tartunnan saaneeseen ihmisen kehon osaan. Erityisen merkittävää tässä lähestymistavassa on se, että jokaisella (tartunta-)tautityypillä on oma ainutlaatuinen VOC-mallinsa, ja siksi yhden (tartunta-) taudin esiintyminen ei seulo muita tautityyppejä. Tietojemme mukaan tuberkuloosi-VOC-yhdisteiden havaitsemista ihon läpi ei ole kuitenkaan vielä tutkittu. Lisäksi kaikki ihon VOC-yhdisteisiin kohdistuvat tutkimukset on suoritettu spektrometria- ja spektroskopiatekniikoilla. Muutamissa tapauksissa käytettiin elektronisia nenälaitteita. Nämä tekniikat ovat tehokkaita työkaluja VOC-yhdisteiden havaitsemiseen. Toistaiseksi näiden tekniikoiden käyttöä on kuitenkin estänyt tarve kohtuuhintaisista tai erittäin kalliista laitteista, tällaisten instrumenttien käyttämiseen vaadittava korkea asiantuntemus, näytteenottoon ja analysointiin vaadittava nopeus sekä esikonsentraatiotekniikoiden tarve. Jotta VOC-ihotestejä ja tuberkuloosin hengitystestejä voitaisiin käyttää laajalti kliinisessä käytännössä, tuberkuloosispesifisten VOC-yhdisteiden tiedossa ja sensorien kehittämisessä on saatava aikaan useita edistysaskeleita. Joustavia antureita sisältävistä orgaanisiin kalvoihin perustuvista nanopartikkeleista tulee todennäköisemmin kliininen diagnostinen työkalu, koska ne ovat huomattavasti pienempiä, helpompia käyttää ja huomattavasti halvempia.

Viime vuosina kattavat tutkimukset ovat osoittaneet erinomaisia ​​tietoja uloshengityshengityksen VOC-yhdisteiden käytöstä mahasyövän diagnosoinnin välineenä. Yhdessä suurimmista kiinalaisten ja latvialaisten keskusten suorittamista tutkimuksista pahanlaatuisuus voitiin tunnistaa 89 %:n herkkyydellä ja 90 %:n spesifisyydellä ristiinvalidoinnin jälkeen, riippumatta mahapotilaiden tärkeistä häiritsevistä tekijöistä, kuten tupakan tai alkoholin kulutuksesta ja H. pylori -infektiosta. . GC-vaiheen hengitystesti voidaan osoittaa myös erottamalla vaiheen I ja II syövät vaiheen III ja IV syövistä 89 % herkkyydellä ja 94 % spesifisyydellä. Näissä tutkimuksissa käytettiin sekä massaspektometriaa että nanosensoriteknologiaa. Uusimmassa tutkimuksessa, joka julkaistiin ASC Nano -lehdessä tammikuussa 2017, kerrottiin nanoarry-anturien laajemmasta käytöstä hengitysanalyysissä, sokkokokeet osoittivat, että keinotekoisesti älykkäällä nanosirulla voidaan saavuttaa 86 %:n tarkkuus, mikä mahdollistaa tutkittujen sairauksien havaitsemisen ja erottelun. (krooninen munuaisten vajaatoiminta, idiopaattinen Parkinsonin tauti, atyyppinen Parkinsonismi, multippeliskleroosi, Crohnin tauti, haavainen paksusuolitulehdus, ärtyvän suolen oireyhtymä, keuhkoverenpainetauti, preeklampsia raskaana olevilla naisilla, pään ja kaulan syöpä, keuhkosyöpä, paksusuolen syöpä, virtsarakon syöpä, munuaissyöpä, eturauhassyöpä, mahasyöpä ja munasarjasyöpä. Keinotekoisesti älykkään nanosirun analyysi osoitti myös, että jokaisella taudilla on oma uniikki hengityksenjälkensä ja että yhden taudin esiintyminen ei poista muita.

Siksi tämän tutkimuksen tarkoituksena on testata VOC-ilmaisutekniikoita ruoansulatuskanavan ja tartuntatautien diagnosointi- ja seurantatyökaluina.