시그너처 휘발성 프로필에 의한 일반적인 구강 질환의 진단

고대 그리스의 의사들은 환자의 숨결 냄새가 진단에 도움이 될 수 있다는 것을 이해했습니다. 그러나 이 다소 원시적인 진단 방법은 수세기 동안 많이 바뀌지 않았지만 최근 몇 년 동안 수많은 대사 및 전염병에 대한 비침습적 조기 진단 방법을 개선하는 데 관심이 높아지고 있습니다.

현재 많은 질병이 진단 지연으로 인해 놓치고 악화되고 있습니다. 치과의 경우 환자들은 정기적인 검진에도 불구하고 치과 방문을 기피하는 경향이 있어 질병이 진행된 후기에야 병원을 찾게 되며, 쉽게 예방할 수 있었던 통증과 불편함을 겪게 되고 말기 증상을 보이게 된다. 질병, 따라서 치료 결과를 위태롭게 합니다.

이러한 이유로, 1) 효율적인 조기 발견 및 2) 치료 맞춤화를 가능하게 하는 진단 보조 역할을 할 저렴하고 최소 침습 기술이 절실히 필요합니다.

휘발성 유기 화합물(이하 VOC), 즉 실온에서 상대적으로 증기압이 높은 유기 화합물의 검출을 기반으로 하는 진단 양식이 앞서 언급한 요구 사항에 대한 해답이 될 수 있습니다.

호기 내 휘발성 유기 화합물 감지를 위한 "전자 코" 질병 특정 휘발성 유기 화합물은 주로 신체의 특정 생화학적 경로의 변화를 통해 생성됩니다. VOC는 인간 또는 박테리아 세포에 의해 생성된 후 감염된 세포 및/또는 미세 환경, 혈액, 호흡 및 타액을 포함한 체액에서 발견될 수 있습니다. 따라서 기원에서 방출된 VOC는 혈액과 세포의 헤드스페이스에서 직접 검출할 수 있습니다.

수많은 전 세계 연구 그룹이 호기에서 비침습적 VOC 검출 가능성을 조사하여 암종(폐, 유방 및 대장), 결핵, 신부전 및 천식을 비롯한 다양한 전신 질환6을 진단할 수 있도록 합니다. 문제의 VOC는 알칸(C4-C20), 메틸-알켄 및 벤젠 유도체로, 건강한 사람에게서 1-20ppb(10억분의 1)의 농도로 발견되는 반면, 질병에서는 질병 특정 VOC의 농도가 증가합니다. VOC는 산화 스트레스로 인해 손상된 조직, 대사 반응의 일부인 간 또는 면역 체계에 의해 생성되는 것으로 제안됩니다.

"전자 코"는 공기 샘플의 휘발성 성분을 인식할 수 있는 장치입니다. 이 장치는 물리적 또는 화학적 정보를 전기 신호로 변환할 수 있는 나노수용체 배열로 구성됩니다. 어레이의 모든 수용체는 분석된 샘플의 물질에 다르게 반응하며, 여러 수용체의 이러한 반응 조합은 품질(즉, 샘플에서 어떤 분자가 발견됩니까?) 및 양(즉, 각 분자의 정확한 농도는 얼마입니까?).

공기 샘플 분석을 위한 전자 코 시스템은 일반적으로 세 가지 주요 구성 요소로 구성되어야 합니다.

1. 호흡/헤드스페이스 수집 장치
2. 처리 장치
3. 분류 알고리즘. 최초이자 가장 널리 퍼진 이러한 장치는 가스 크로마토그래피/질량 분석(GC-MS) 시스템의 공기 샘플 분석을 기반으로 합니다. 고급 시스템에는 MOS(메틸 산화물 센서) 또는 나노수용체가 포함됩니다.

나노수용체 기반 전자코 시스템(NaNose)이 코피(co-PI) 연구실에서 개발되고 있다. Haick, 화학 공학부, Technion, Haifa, Israel)은 단일 10억분율(1µg/l) 농도의 VOC 흔적을 감지할 수 있습니다. 20개 이상의 수용체 배열에 의해 동시에 감지되는 수백 개의 분자에서 대량의 데이터를 분석할 수 있는 컴퓨터 시스템과 결합된 이 시스템은 감도와 효율성 측면에서 다른 "전자 코" 장치를 능가합니다. 비용이 많이 들고 속도가 느린 GC-MS 시스템과 달리 호흡 테스트를 위한 이상적인 나노물질 기반 센서는 환경적 또는 생리학적 교란 요인이 있는 경우에도 매우 낮은 농도의 휘발성 유기 화합물에서 민감해야 합니다. 또한 농도의 작은 변화에도 신속하고 비례적으로 반응해야 하며 주어진 화합물에 특정한 일관된 출력을 제공해야 합니다. 문제의 화합물과 접촉하지 않을 때 센서는 신속하게 기본 상태로 돌아가거나 일회용으로 사용할 수 있을 만큼 간단하고 저렴해야 합니다.

그러한 수용체를 사용한 공기 샘플링은 비교적 간단해야 하며 그 결과는 자동으로 해석될 수 있으므로 많은 인구의 비용 효율적인 스크리닝에 적합합니다. 긍정적인 테스트를 거친 환자만이 치료가 제안되기 전에 조기 진단을 확인하기 위해 기존의 불쾌한 진단이 필요합니다.

그럼에도 불구하고 기존의 모든 VOC 기반 진단 방식은 호기된 공기가 폐, 상부 위장관 및 작은 비강 구성 요소가 있는 구강과 같은 수많은 기원의 조합이라는 사실을 잊는 경향이 있습니다. 최근 10년 동안 암10,15에 대한 조기 진단 방법을 찾기 위한 수단으로 폐에서 나오는 공기의 구성 및 휘발성 프로필이 철저히 연구되었지만 구강 구성 요소는 거의 그대로 유지되었습니다.

1000개 이상의 다른 박테리아 종을 포함할 수 있는 건강한 개인의 항구 생물막의 구강 내 미세 틈새. 적극적인 기계적 또는 화학적 세척이 없으면 생물막이 축적, 변화 및 성숙되어 치은염으로 알려진 연조직 염증을 일으킵니다. 일부 개인 및 특정 조건 하에서 염증은 치주 질환으로 진행되고, 생물막 구성은 병독성 및 조직 파괴 능력이 증가한 혐기성 그람 음성 박테리아의 비율이 더 높은 비율로 변경됩니다. 생물막 미생물 외에도 구강 내 VOC의 추가 공급원에는 혈청, 치은 삼출물, 염증이 있는 잇몸 조직, 궤양 및 병변, 침샘, 부비동 및 비강과 관련된 병리, 위장 역류, 치간 갇힌 음식물 찌꺼기 및 환경 오염이 포함될 수 있습니다. . Hertelet al. 최근 특정 구강 박테리아 및 진균의 헤드스페이스에서 고유한 휘발성 프로파일을 보고했습니다.

우리는 nanoreceptor 기반 volatolomics가 날숨 샘플을 기반으로 구강 질환의 비침습적 조기 진단을 위한 진단 방식으로 사용될 수 있다고 가정합니다.

제안된 연구는 NaNose를 기반으로 호기 샘플에서 일반적인 구강 질환에 대한 빠르고 사용자 친화적이며 비침습적인 진단 방식의 토대를 마련하는 것을 목표로 합니다. 이것은 예측 가능한 미래에 시장성 있는 임상 또는 가정 기반 진단 장치를 만들기 위한 기반으로 사용될 것입니다.

구체적인 목표:

1. 치은염, 치주질환 또는 충치로 진단된 환자의 구강에서 채취한 미생물 샘플의 헤드스페이스에서 일반적인 구강 질환과 관련된 VOC를 검출 및 분석하고 건강한 환자의 대조군과 비교했습니다.
2. 일반적인 구강 질환에 대한 휘발성 프로파일의 특성화 및 특정 진단 나노수용체 정의.

원하는 결과

1. 제안된 연구의 결과는 가정 간호뿐만 아니라 치과 전문가들 사이에 혁명을 일으킬 수 있습니다. 지금까지 개인이 자신의 구강 상태를 알 수 있는 유일한 방법은 치과의사와 약속을 잡는 것이지만 인구의 상당 부분이 정기적인 검진과 치료를 피합니다. 집이나 약국에서 간단하고 비침습적인 공기 샘플링을 가능하게 하는 손쉬운 도구는 환자 순응도와 치료 가능성을 크게 높이고 의료 비용을 줄입니다.
2. 구강에서 발생하는 공기의 VOC 매핑은 폐에서 발생하는 공기 샘플의 진단적 가치를 증가시킬 수 있으므로 암, 신부전 및 기타 내부 질병의 비침습적 조기 진단의 정확성, 민감도 및 특이성을 향상시킬 수 있습니다.

행동 양식

1단계 - 일반적인 구강 질환과 관련된 VOC의 검출 및 분석 알려진 박테리아 균주(Streptococcus mutans, Streptococcus sanguinis, Porphyromonas gingivalis, Fusobacterium nucleatum, Acinetobacter actinomycetemcomitans, Tannerella forsythia, Lactobacillus acidophilus)는 적절한 배지가 들어 있는 밀봉된 병에서 개별적으로 배양됩니다. 병 내부의 고유한 헤드스페이스 수집 및 분석. 배양 후 헤드스페이스를 Tenax 흡수 튜브(Sigma-Aldrich, 28718-U SUPELCOTenax® TA / Carboxen® 1018)에 수집하고 GC-MS(가스 크로마토그래피-질량 분석법)에서 분석합니다. 모든 박테리아 균주의 고유한 휘발성 프로필은 통계 분석을 통해 결정됩니다. 전체 시험 프로토콜은 아래 부록 1에서 확인할 수 있습니다.

세(3) 반복은 각 변형으로 수행됩니다.

2단계 - 일반적인 구강 질환에 대한 휘발성 프로필의 특성화 및 특정 진단 나노수용체 정의 테스트 샘플은 1단계와 유사하게 밀봉된 병에서 배양된 구강 세균 플라크 및 감염된 상아질입니다.

환자는 학생 클리닉에서 시작되며 치과 치료의 일부로 샘플을 채취합니다. 즉, 향후 복원을 위한 충치 및 감염된 상아질 제거, 치주 질환 치료를 위한 치석 및 플라크 제거입니다.

1. 치료 세션이 시작될 때 연구에서 제거된 플라크/감염된 상아질의 사용에 동의하는 정보에 입각한 동의를 환자로부터 얻을 것입니다. 표준 치료 프로토콜에서 벗어나지 않을 것으로 예상됩니다.

   1. 치주 환자의 플라크 샘플은 전체 스케일링이 시작되기 전에 수동 도구(Gracey 5-6 큐렛)를 사용하여 하악 절치의 치경부에서 채취합니다.
   2. 우식 치아의 감염된 상아질 샘플은 준비된 와동의 초기 형태를 그린 후 수동 도구(스푼 굴착기)로 채취합니다.
2. 수집된 샘플은 Wilkins-Chalgren 배지가 들어 있는 밀봉된 병에서 위의 1단계와 유사하게 37°C에서 48시간 동안 배양됩니다. 멸균 배지가 담긴 병이 대조군으로 사용됩니다.
3. 그런 다음 위의 1단계에서 5-8번 항목과 유사하게 헤드스페이스를 수집하고 분석합니다.
4. 이 시점에서 각 환자의 고유한 휘발성 프로파일이 그의 임상 진단(치주 질환/충치의 범위)과 연결되고 통계적 일관성을 위해 분석됩니다.
5. 1~2단계에서 수집된 데이터는 전체적으로 통계적으로 분석됩니다.