Volatili nell'analisi del respiro e dello spazio di testa - Marcatori diagnostici (Volatolome)

Lo studio si propone di esplorare un nuovo approccio per la diagnosi e il monitoraggio delle malattie. L'approccio si basa sulla rilevazione di composti organici volatili (COV) che vengono emessi dalle cellule e rilevati direttamente dal tessuto, come pelle, materiale chirurgico, sangue e dal respiro espirato.

In letteratura ci sono diversi rapporti sui COV che possono essere rilevati mediante Gascromatografia - Spettrometria di Massa (GC-MS) direttamente da: (i) lo spazio di testa delle cellule TB (cioè la miscela di biomarcatori volatili intrappolati sopra le cellule TB in un recipiente sigillato); (ii) il respiro esalato o (iii) dall'urina. Ottimi risultati nel rilevamento della malattia tubercolare utilizzando l'array di nanosensori sono stati mostrati da Nakhleh et al raggiungendo una sensibilità del 90%, una specificità del 93% e un'accuratezza del 92% nella discriminazione tra pazienti sani e malati utilizzando dispositivi nasali elettronici con un singolo sensore. Nessuno degli studi riportati ha identificato il tentativo di riconoscimento dei COV correlati alla tubercolosi e ha quantificato le differenze di concentrazione tra campioni di controlli malati e sani. Ulteriori indagini sui VOC correlati alla tubercolosi del respiro esalato mediante GC-MS miglioreranno le conoscenze e contemporaneamente contribuiranno a migliorare il design dell'array di nanosensori.

Diversi studi hanno dimostrato che i modelli di COV classificati per malattia possono essere trasmessi attraverso la pelle e, pertanto, la pelle può essere utilizzata come fonte per il rilevamento e l'identificazione della malattia. Il principio di questo approccio di rilevamento è che i cambiamenti correlati alla malattia si riflettono in cambiamenti misurabili nella pelle attraverso lo scambio attraverso il sangue. Inoltre, diversi studi hanno suggerito che i livelli di VOC sono elevati anche nelle prime fasi della malattia, perché riflettono un cambiamento nella chimica del corpo umano (come risultato dello sviluppo della condizione della malattia), piuttosto che la quantità di cellule infette . Studi complementari hanno dimostrato che i COV possono essere emessi sulla pelle pochi minuti dopo essere emersi nella parte infetta del corpo umano. Ciò che è particolarmente significativo di questo approccio è che ogni tipo di malattia (infettiva) ha il proprio modello unico di COV e, pertanto, la presenza di una malattia (infettiva) non vaglierebbe altri tipi di malattia. Tuttavia, per quanto ne sappiamo, il rilevamento dei VOC della tubercolosi attraverso la pelle non è stato ancora esaminato. Inoltre, tutti gli studi mirati ai COV cutanei sono stati condotti mediante tecniche di spettrometria e spettroscopia. In pochi casi sono stati utilizzati dispositivi elettronici per il naso. Queste tecniche sono strumenti potenti per rilevare i COV. Tuttavia, fino ad oggi, l'uso di queste tecniche è stato ostacolato dalla necessità di attrezzature da moderatamente a molto costose, dagli alti livelli di competenza richiesti per far funzionare tali strumenti, dalla velocità richiesta per il campionamento e l'analisi e dalla necessità di tecniche di preconcentrazione. Affinché il test cutaneo dei COV e il test del respiro della tubercolosi diventino ampiamente utilizzati nella pratica clinica, è necessario che si verifichino diversi progressi nella conoscenza dei COV specifici della tubercolosi e nello sviluppo dei sensori. Le nanoparticelle contenenti sensori flessibili, basati su pellicole organiche, hanno maggiori probabilità di diventare uno strumento diagnostico clinico, perché sono significativamente più piccole, più facili da usare e significativamente meno costose.

Negli ultimi anni studi approfonditi hanno mostrato dati eccellenti per l'utilizzo di VOC dal respiro esalato come strumento per la diagnosi del cancro gastrico. In uno dei più grandi studi condotti dai centri cinesi e lettoni, la malignità potrebbe essere identificata con una sensibilità dell'89% e una specificità del 90% dopo la convalida incrociata, indipendentemente da importanti fattori di confusione nei pazienti gastrici come il consumo di tabacco o alcol e l'infezione da H. pylori . Un test del respiro per la stadiazione GC potrebbe anche essere dimostrato distinguendo i tumori in stadio I e II da quelli in stadio III e IV con una sensibilità dell'89% e una specificità del 94%. Questi studi hanno utilizzato sia la spettrometria di massa che le tecnologie dei nanosensori. Lo studio più recente pubblicato sulla rivista ASC Nano nel gennaio 2017 ha riportato un uso più esteso di sensori nanoarry nell'analisi del respiro, esperimenti ciechi hanno dimostrato che l'accuratezza dell'86% potrebbe essere raggiunta con il nanoarray artificialmente intelligente, consentendo sia il rilevamento che la discriminazione tra le diverse condizioni di malattia esaminate (insufficienza renale cronica, morbo di Parkinson idiopatico, parkinsonismo atipico, sclerosi multipla, morbo di Crohn, colite ulcerosa, sindrome dell'intestino irritabile, ipertensione arteriosa polmonare, preeclampsia nelle donne in gravidanza, tumore della testa e del collo, tumore del polmone, tumore del colon-retto, tumore della vescica, cancro del rene, cancro alla prostata, cancro gastrico e cancro alle ovaie. L'analisi del nanoarray artificialmente intelligente ha anche mostrato che ogni malattia ha la sua unica impronta respiratoria e che la presenza di una malattia non escluderebbe le altre.

Pertanto, questo studio ha lo scopo di testare le tecnologie di rilevamento dei VOC come strumenti diagnostici e di monitoraggio per il tratto digestivo e le malattie infettive.