Biomarcatori nei condensati del respiro esalato nella lesione polmonare acuta: diagnosi precoce e predittori di esito

Il danno polmonare acuto (ALI) e la sindrome da distress respiratorio acuto (ARDS) sono le principali cause di mortalità e morbilità nelle unità di terapia intensiva (ICU). Le cause di ALI/ARDS differiscono da paziente a paziente, tra cui sepsi, aspirazione, infiammazione sistemica, traumi, trasfusioni di sangue, ecc. Con la diagnosi precoce e il trattamento, il tasso di sopravvivenza può migliorare in modo significativo. Tuttavia, è spesso difficile differenziare l'ALI/ARDS dall'edema polmonare cardiogeno o da altre cause, anche con tecnologie avanzate e strumenti invasivi. Un potenziale strumento è il test chimico del respiro, che va dalla misurazione del gas espirato, come l'ossido nitrico espirato o il monossido di carbonio, alla determinazione dei composti organici volatili e alla profilazione dei biomarcatori non volatili. Essendo completamente non invasivo, il campionamento dei condensati del respiro esalato (EBC) consente a medici e ricercatori di valutare le funzioni corporee in modo più semplice e flessibile. Il respiro espirato contiene migliaia di composti volatili e non volatili in tracce. Pertanto, è solo di recente, dopo lo sviluppo di tecnologie all'avanguardia altamente sensibili nell'analisi dei campioni, che la valutazione di questo tipo di campioni umani diventa possibile. Tecnologie avanzate in proteomica, metabolomica, spettrometria di massa GC/LC e calcolo del riconoscimento di pattern generano un campo di profilazione dei biomarcatori espirati, chiamato "breathomics". Dopo aver stabilito il profilo metabolomico dell'EBC nei pazienti con ALI, ARDS o edema polmonare cardiogeno, è stato possibile impostare un utile e potente strumento non invasivo per la diagnosi di ALI/ARDS e la previsione degli esiti.

La metabolomica, o metabonomica, è un approccio su larga scala per monitorare il maggior numero possibile di composti coinvolti nei processi cellulari in un singolo test per ricavare profili metabolici. Sebbene la metabolomica si riferisse per la prima volta al monitoraggio delle singole cellule e la metabonomica si riferisse agli organismi multicellulari, questi termini sono ora spesso usati in modo intercambiabile. I cambiamenti metabolici avvengono attraverso una serie di meccanismi, tra cui la regolazione genetica diretta e le alterazioni nelle reazioni enzimatiche e metaboliche. La metabolomica consente una valutazione globale di uno stato cellulare nel contesto dell'ambiente circostante, tenendo conto della regolazione genetica, dell'attività cinetica alterata degli enzimi e dei cambiamenti nelle reazioni metaboliche. Pertanto, rispetto alla genomica o alla proteomica, la metabolomica riflette i cambiamenti nel fenotipo e quindi nella funzione. Le tecniche applicate alla profilazione metabolica includono la risonanza magnetica nucleare (NMR) e la spettrometria di massa (MS). La metabolomica ha il vantaggio di essere in grado di cercare proteine ​​o metaboliti nel sangue o nelle urine. La metabolomica può essere utile per comprendere gli squilibri metabolici e per la diagnosi delle malattie umane. Oltre 30 metaboliti endogeni sono stati studiati nel tessuto mammario e il cancro al seno mostra elevati composti contenenti colina totale (tCho), bassa glicerofosfocolina e basso glucosio rispetto ai tumori benigni o al tessuto sano. Simile al cancro al seno, il cancro alla prostata mostra un profilo metabolico distinto caratterizzato da alti livelli di tCho e fosfocolina, insieme ad un aumento dei prodotti glicolitici lattato e alanina. Nel cancro alla prostata, il citrato può anche essere un marker di risposta al trattamento. Questi risultati mostrano la potenziale utilità della metabolomica nella diagnosi del cancro e nella valutazione clinica.

I test chimici del respiro hanno un ampio spettro di applicazioni che vanno dalla misurazione della frazione di ossido nitrico esalato (FeNO) per monitorare l'effetto del trattamento antinfiammatorio nell'asma, alla determinazione dei composti organici volatili (COV) e alla profilazione di biomarcatori non volatili nel campione di respiro raffreddato chiamato esalato condensato del respiro (EBC). Essendo completamente non invasivo, il campionamento del respiro consente a medici e ricercatori di valutare diverse funzioni corporee in modo flessibile. Pertanto, il test del respiro è considerato un candidato potenzialmente ideale per scopi di screening. Oltre a componenti ampiamente noti come azoto, ossigeno, anidride carbonica, gas inerti e vapore acqueo, il respiro espirato è costituito anche da migliaia di componenti volatili e non volatili, principalmente in tracce, che rendono il rilevamento un compito impegnativo. L'uso di tecnologie innovative "-omiche", tra cui la proteomica, la metabolomica, la spettrometria di massa, la gascromatografia/spettrometria di massa (GC-MS) e le spettrometrie di mobilità ionica, offre un grande potenziale per il campo della profilazione dei biomarcatori esalati. A differenza del lavaggio broncoalveolare (BAL) e dell'induzione dell'espettorato che comporta l'inalazione di soluzione salina ipertonica per indurre tosse e possibilmente broncocostrizione, l'EBC non influenza la funzione delle vie aeree o causa infiammazione. Può essere eseguito in modo semplice e sicuro su pazienti con malattie gravi e consente anche di effettuare misurazioni ripetute. In quanto tale, questo è un campo relativamente nuovo con il potenziale per ulteriori studi da eseguire per indagare sul danno polmonare acuto mediante metabolomica.