Sviluppo di un metodo non invasivo per quantificare i livelli di vitamina D nel corpo mediante spettroscopia

La mancanza di vitamina D riduce l'assorbimento del calcio nel corpo, accelera la perdita ossea e può aumentare il rischio di fratture dovute all'osteoporosi. La vitamina D può essere ingerita tramite alimenti e integratori specifici, ma la fonte principale della vitamina è la sua sintesi nella pelle mediante l'irraggiamento solare. Oggi, la quantificazione dei livelli di vitamina D viene eseguita utilizzando un esame del sangue. Principalmente, il medico invierà il paziente a controllare i livelli e la vitamina D se soffre di osteoporosi, ipertensione, insufficienza renale, sospetta attività della ghiandola tiroidea, tubercolosi o sarcoidosi.

Gli studi hanno dimostrato che è possibile quantificare i diversi elementi nel contenuto del sangue, come la melanina e l'emoglobina, utilizzando la spettroscopia della pelle (Zonios et al, 2001; Tseng et al, 2009), ma a conoscenza dei ricercatori , l'identificazione di livelli e vitamina D in mezzi simili non è stata riportata nella letteratura professionale.

La logica di questa ricerca: un algoritmo che consentirà una quantificazione immediata e non invasiva dei livelli di vitamina D ridurrà i tempi della diagnosi, ridurrà i costi di laboratorio e preverrà rischi o disagi per il paziente associati a un esame del sangue.

L'obiettivo di questo studio è quindi quello di sviluppare un metodo non invasivo per quantificare i livelli di vitamina D nel corpo mediante spettroscopia.

Metodi:

Per questa ricerca verranno reclutati 40 soggetti di età compresa tra 18 e 65 anni: 20 pazienti saranno reclutati dalla popolazione di pazienti del reparto di riabilitazione a cui è stata diagnosticata l'osteoporosi. Inoltre, verranno reclutati 20 soggetti sani.

Tutti i partecipanti saranno in grado di comprendere il protocollo di studio e firmare autonomamente un modulo di consenso.

In questo studio, i ricercatori cercheranno una correlazione tra i risultati dell'analisi del sangue convenzionale per il rilevamento dei livelli di vitamina D nel sangue e i risultati delle misurazioni degli esami spettrali che verranno eseguiti in varie posizioni nella parte superiore del corpo del soggetto. Queste misurazioni si svolgeranno presso l'Hillel Yaffe Medical Center quando il soggetto arriva al laboratorio di chimica per l'analisi del sangue. Verrà utilizzato uno spettrometro a luce visibile (prodotto da Ocean Optics, modello USB 2000), collegato a una fibra ottica (prodotto da Ocean Optics, diametro 1 mm). La misurazione utilizzerà una sorgente luminosa (società Fiberoptics Technology Inc., modello SOL-R 150) collegata anche a una fibra ottica. Entrambe le estremità della fibra saranno posizionate sulla parte superiore del corpo del paziente in una delle due configurazioni: per aree di maggiore spessore, ad es. l'avambraccio, le fibre verrebbero posizionate l'una accanto all'altra sullo stesso lato dell'arto per misurare il ritorno della luce e in aree con spessore tissutale inferiore, ad es. punta delle dita, le fibre verranno posizionate su entrambi i lati di un organo e registreranno la trasmissione della luce attraverso il bersaglio.

In primo luogo, gli investigatori tenteranno di trovare una correlazione tra i risultati dell'analisi spettrale delle lunghezze d'onda visibili e l'analisi del sangue. Quindi gli investigatori confronteranno ulteriormente i campioni di sangue dei soggetti utilizzando lo spettrometro FTIR nel medio infrarosso (dispositivo prodotto da Oriel, modello MIR8025). Il dispositivo è dotato di plug-ATR (Attenuated Total Reflectance) e consente di testare un piccolo campione di fluidi. I flaconi di campioni consegnati a Rupin su test avvolti in alluminio utilizzando un dispositivo di raffreddamento con ghiaccio saranno testati a Ruppin il giorno dell'estrazione. I campioni saranno smaltiti come rifiuti biologici.

Protocollo di prova:

Ogni soggetto arriverà al laboratorio dell'Hillel Yaffe Medical Center. il soggetto leggerà e firmerà un modulo di consenso informato per la partecipazione allo studio. Il soggetto compilerà un breve questionario riportando la natura dell'esposizione al sole, le abitudini alimentari e i farmaci cronici.

Quindi verranno eseguiti due test:

1. Analisi del sangue per i livelli di vitamina D.
2. Test utilizzando lo spettrometro: due fibre ottiche guidate dai ricercatori in punti diversi sul busto del paziente, quando un lato della fibra ottica è collegato a una sorgente luminosa e l'altra estremità della fibra ottica è collegata allo spettrometro.

Non è previsto alcun rischio o disagio per il soggetto oltre al rischio associato a regolari esami del sangue.

Il test spettrale si terrà Ruppin sui campioni di sangue del paziente, come descritto nei metodi, e non richiederà la presenza del paziente.

Analisi dei dati:

Saranno sviluppati diversi algoritmi da utilizzare sul database spettrale, al fine di identificare individui affetti da carenza di vitamina D.

Il trattamento dei dati avverrà come segue:

1. Saranno effettuate analisi statistiche con metodi di regressione per trovare la correlazione tra il livello di vitamina D quantificato con test chimico di laboratorio del sangue e misurazioni spettrali nella luce visibile effettuate in ospedale in diverse aree del corpo.
2. Verranno effettuate analisi statistiche utilizzando metodi di regressione per trovare la correlazione tra il livello di vitamina D quantificato con test chimico di laboratorio del sangue e misurazioni spettrali nell'infrarosso medio (MIR), come effettuate su campioni di sangue prelevati dai soggetti.
3. La popolazione testata sarà divisa in due gruppi in base ai risultati degli esami del sangue: soggetti definiti con carenza di vitamina D e soggetti classificati con livelli normali di vitamina D. Verranno utilizzati metodi di analisi di clustering, come PCA e LDA, per trovare caratteristiche distintive tra le due popolazioni.