Prestazioni diagnostiche dell'insufficienza cardiaca di un algoritmo di analisi dell'espirogramma che valuta 4 biomarcatori (SenseIR-IC)

Nel contesto delle malattie croniche e dell’insufficienza cardiaca (HF), in particolare, la telemedicina e il telemonitoraggio sono emersi oggi come le principali sfide cliniche. Lo sviluppo di sistemi di misurazione nei punti di cura che utilizzano dispositivi portatili fornisce "biomarcatori digitali" che rappresentano un elemento chiave nel monitoraggio remoto.

I biomarcatori contenuti nell'aria espirata potrebbero costituire "biomarcatori digitali", poiché la misurazione delle molecole nell'aria espirata non è invasiva. Attualmente, 6 biomarcatori espirati sono convalidati dalla FDA statunitense e utilizzati in un contesto clinico. Nell'insufficienza cardiaca, è stato dimostrato che 4 diverse specie hanno un potenziale interesse diagnostico o prognostico: NO, CO, acetone e isoprene. Tuttavia, mentre la concentrazione di queste specie nell’aria alveolare (CA) riflette la loro concentrazione nel sangue (Cs), la relazione è più complessa, dovendo tenere conto dei diversi compartimenti dell’albero bronchiale e degli scambi che avvengono all’interno di questi diversi compartimenti. . Pertanto, misurare la concentrazione di una specie nell'aria espirata durante un'espirazione completa (o "epirogramma") utilizzando una misurazione in tempo reale, risulta dipendere non solo dalla concentrazione sistemica della specie, ma anche dai cambiamenti nella funzione polmonare L'ottenimento di un epirogramma consente quindi non solo di specificare la misurazione della fonte endogena della specie, ma fornisce anche informazioni sui cambiamenti della funzione polmonare, direttamente indotti dallo scompenso cardiaco, e che hanno un valore prognostico ben riconosciuto.

→ La combinazione di diversi biomarcatori espirati candidati nell'IC, durante una misurazione in tempo reale dell'espirazione forzata, utilizzando sensori selettivi, sensibili e miniaturizzabili fornirebbe informazioni diagnostiche, prognostiche e sugli esiti del paziente nell'insufficienza cardiaca.

La spettroscopia fotoacustica potenziata al quarzo (QEPAS) è un metodo adatto per il monitoraggio remoto dei pazienti con insufficienza cardiaca. Permette la realizzazione di sensori caratterizzati da buona selettività e basse soglie di rilevazione. Inoltre, è possibile l'analisi in tempo reale e i sensori sono potenzialmente miniaturizzabili. Questi sensori sono quindi in grado di fornire epirogrammi per diverse specie (piuttosto che limitarsi a misurare la CA alla fine dell'espirazione). Segnali complessi di questo tipo possono essere analizzati utilizzando modelli matematici e tecniche di intelligenza artificiale come le "reti neurali profonde". Questi metodi di modellazione matematica sono stati utilizzati per modellare parametri di funzione polmonare, neurologica o cardiaca.

Nell'ambito di un progetto di ricerca traslazionale in collaborazione con il Dr. A. Vicet (MCF- UM, Institut d'Electronique et des Systèmes) e il Prof. N. Molinari (CHRU Montpellier, Institut Desbrest d'Épidémiologie et de Santé Publique), il il gruppo di ricerca sta attualmente sviluppando sensori per vari biomarcatori espirati utilizzando il metodo QEPAS, che è stato abbinato alla quantificazione sincrona di volumi, flussi e compartimenti polmonari. Questi sensori sono attualmente in fase di validazione analitica (in laboratorio). I primi epirogrammi sono stati ottenuti e modellati utilizzando un metodo di riduzione della dimensione di regressione spline.