Rilevazione non invasiva della polmonite nel contesto di Covid-19 mediante gascromatografia - spettrometria di mobilità ionica (GC-IMS)

L'analisi dei composti organici volatili (COV) nel respiro espirato è di crescente interesse nella diagnosi delle infezioni polmonari. Oltre 2.000 COV possono essere rilevati mediante gascromatografia e spettrometria di massa (GC-MS); i modelli di COV rilevati possono offrire informazioni sulla broncopneumopatia cronica ostruttiva, l'asma, il cancro ai polmoni e la malattia polmonare interstiziale. Sfortunatamente, la GC-MS, sebbene altamente sensibile, non può essere eseguita al letto del paziente e nella migliore delle ipotesi occorrono ore per preparare i campioni, eseguire l'analisi e quindi interpretare i risultati.

Rispetto ad altri metodi di analisi del respiro, la spettrometria della mobilità ionica (IMS) offre un tasso di rilevamento di COV dieci volte superiore. Accoppiando uno spettrometro di mobilità ionica con una colonna GC, GC-IMS offre l'immediata doppia separazione dei COV con visualizzazione in un cromatogramma tridimensionale. Il tempo totale di analisi è di circa 300 secondi e l'apparecchiatura è stata miniaturizzata per consentire l'analisi al posto letto.

La macchina BreathSpec è stata precedentemente utilizzata per studiare entrambe le lesioni da radiazioni in pazienti sottoposti a radioterapia presso l'Edinburgh Cancer Centre (REC ref 16-SS-0059, come parte del progetto H2020 TOXI-triage, http://www.toxi-triage. Unione Europea/) e polmonite in pazienti che si presentano all'ED della Royal Infirmary di Edimburgo (REC ref 18-LO-1029). Questo lavoro ha sviluppato una metodologia di intelligenza artificiale che consente una rapida analisi della grande quantità di dati raccolti da questi campioni di respiro per identificare le firme che possono indicare un particolare processo patologico come polmonite o lesioni da radiazioni.

Il progetto TOXI-triage ha dimostrato che il BreathSpec GC-IMS potrebbe eseguire rapidamente il triage delle persone per identificare coloro che erano stati esposti a particolari liquidi volatili in una situazione di incidente di massa (http://www.toxi-triage.eu/).

Uno studio pilota ha valutato le infezioni polmonari presso l'Acute Medical Unit del Royal Liverpool University Hospital. Il modello diagnostico finale ha consentito un'equa discriminazione tra infezioni polmonari batteriche e infezioni polmonari dovute ad altri agenti con un'area sotto la curva caratteristica dell'operatore ricevente (AUC-ROC) di 0,73 (95% CI 0,61-0,86). Le caratteristiche riassuntive del test erano una sensibilità del 62% (IC 95% 41-80%) e una specificità dell'80% (IC 95% 64-91%) [8].

Questo è stato ampliato nel "Breathspec Study" finanziato dall'UE H2020 che mirava a differenziare i campioni di respiro da pazienti con infezione batterica o virale del tratto respiratorio superiore o inferiore. Sono stati reclutati oltre 1220 pazienti, con 191 pazienti identificati come infezione sicuramente batterica e 671 classificati come sicuramente non batterici. La virologia è stata intrapresa su tutti i pazienti, con 259 pazienti che hanno confermato l'infezione virale. L'elaborazione della data è ancora in corso per determinare quanto bene possono essere distinti utilizzando questa metodologia. Più di 100 pazienti sono stati reclutati per questo studio a Edimburgo. Da allora, l'intelligenza artificiale è stata incorporata nei nostri processi analitici, consentendo analisi più rapide e raffinate.

La nostra ambizione è che questa tecnologia identifichi una firma di polmonite da Covid-19 o entro 10 minuti in campioni di respiro raccolti in modo non invasivo per consentire il triage dei pazienti in categorie ad alto e basso rischio per Covid-19. Ciò consentirà di mirare a risorse scarse e protocolli complessi associati a pazienti ad alto rischio, inclusi dispositivi di protezione individuale (DPI), coorte e personale medico e infermieristico dedicato.

A luglio 2020 è stato aggiunto un braccio di volontari sani: 40 partecipanti