IPA 진단을 ​​위한 호흡 샘플의 VOC

침윤성 폐 아스페르길루스증(IPA)의 진단은 면역 억제 환자의 예후 및 치료 계획에 중대한 영향을 미칩니다. 환경에서 Aspergillus spp의 편재성, 그리고 확장하여 건강한 대상의 호흡기 시스템에서 그러한 분리주의 편재성은 큰 진단 문제를 제기합니다. 즉, 호흡기의 비침습적 집락화로부터 IPA를 구별하는 것은 어려울 수 있습니다. 악성 종양 및 종양 치료, 조혈 줄기 세포 및 고형 장기 이식, 면역 조절 약물을 포함하여 면역 억제 환자의 유병률이 크게 증가함에 따라 이러한 딜레마가 더욱 두드러집니다.(1) 특히, 급성 골수성 백혈병(AML) 환자는 IPA 발병 위험이 높으며, 이러한 환자의 5-15%에서 AML 진단 후 첫 3개월 동안 IPA가 발병합니다.(1-3) AML 환자의 최대 5%가 내원 시 IPA를 가질 수 있으므로 AML의 새로운 진단으로 Rambam Medical Center(RMC)에 입원한 환자는 정기적으로 흉부 컴퓨터 단층 촬영(CT)을 실시하여 진단 시 IPA의 존재에 대한 스크리닝 역할을 합니다. 나중에 IPA가 의심될 경우 추가 참조를 위한 기준선.(3) AML 환자에서 가능성이 있거나 입증된 IPA를 진단하려면 미생물학적 증거와 함께 암시적인 영상 소견이 필요합니다. 어떤 경우에는 말초 혈액에서 바이오마커(주로 d-갈락토만난 항원 및/또는 아스페르길루스 종 중합효소 연쇄 반응)를 사용하여 진단을 내릴 수 있지만 이러한 분석법의 민감도는 낮고 종종 이 최소 침습적 접근 방식으로는 충분한 진단 확실성을 얻지 못합니다. 이러한 경우 기관지 폐포 세척을 통한 기관지경 검사가 일반적으로 수행됩니다. 이 침습적 절차는 IPA가 의심되는 환자에게 특히 위험하며, 대부분의 환자는 기저 질환으로 인해 매우 허약합니다.(4) 이러한 고려 사항으로 인해 IPA 진단에서 추가적인 비침습적 양식에 대한 탐구가 이루어졌습니다. (5) 이러한 접근 방식 중 하나는 내쉬는 공기 샘플에서 휘발성 유기 화합물(VOC) 분석이었습니다. 상온에서 낮은 증기압을 특징으로 하는 호기의 VOC 프로필 분석은 신생물(6) 감염(7) 및 염증 과정을 포함한 다양한 질병의 비침습적 스크리닝 및 진단의 가능성을 가진 새로운 진단 분야입니다. (8) 이전 연구에서는 VOC 기반 IPA 식별에 대한 고무적인 진단 성능을 보여주는 인간(10)에 대한 소규모 전향적 연구를 통해(9) 대사적으로 활성인 Aspergillus spp의 잠재적인 VOC 마커를 확인했습니다. 그러나 이러한 시도는 몇 가지 함정에 의해 방해를 받았습니다. 첫째, 체외 Aspergillus spp의 VOC 프로필은 식민지 환자의 호흡 분석에서 발견된 VOC와 거의 관련이 없는 것으로 보입니다.(5) 두 번째로, 호기된 VOC는 개인마다 크게 다른 경향이 있어 시간적 제어가 없다는 점(즉, IPA 개발 전후의 동일한 개인의 VOC 프로파일 변화)이 중요한 주의 사항이 됩니다.(10) 셋째, 우리가 아는 한 IPA 치료에 대한 VOC 프로파일의 반응을 평가한 종단 연구는 없습니다.

이 전향적 종적 연구에서 우리는 RMC에서 치료받는 혈액학 환자의 두 가지 주요 특성을 이용하여 이러한 장애물을 극복하는 것을 목표로 합니다. 첫째, 새로 진단된 AML 환자는 상대적으로 IPA 유병률이 높습니다. 둘째, 모든 환자에서 AML 진단 시 흉부 CT를 시행한다. 따라서 기준선 CT가 정상인 환자로부터 호흡 샘플을 수집하면 음성 대조군 역할을 하여 동일한 환자에서 IPA 발생 전후의 VOC 프로필을 비교할 수 있습니다. 환자가 IPA에서 회복된 후 추가 샘플링은 추가 세로 제어를 제공합니다.

목표 호흡 샘플에서 IPA를 예측하는 VOC 프로필 식별

행동 양식

연구 설계:

이것은 단일 센터, 비무작위, 전향적 코호트 연구입니다. 동의한 환자의 호흡 샘플은 IPA에 대한 초기 CT 스크리닝 시 VOC 프로필에 대해 분석됩니다. 또한 샘플은 모든 가능하거나 가능성이 있거나 확인된 IPA(아래에 설명된 EORTC 기준(4)에 따라 정의됨)의 진단 시점에도 수집됩니다.

설정 및 참가자:

RMC 혈액과에서 치료를 시작하는 AML로 새로 진단받은 환자에게 접근합니다. 포함 기간은 2022년 10월 1일부터 2025년 3월 31일까지입니다.

포함 기준:

급성 골수성 백혈병 신규 진단 및/또는 계획된 조혈모세포이식(HCT) 18세 이상 검체 채취 후 30일 이내에 수행되는 흉부 CT 총 10L의 호흡 샘플을 Tedlar bag에 직접 제공할 수 있는 능력

제외 기준:

정보에 입각한 동의를 제공할 수 있는 환자의 능력을 저해하는 모든 상태

샘플 수집:

호흡 샘플은 E-pure 고효율 미립자 공기(HEPA) 필터(ADS-Laminaire, 이스라엘)로 양압 및 기후 제어가 되는 혈액과의 23개 전용 입원실 중 하나에서 수집됩니다. 환자는 샘플 수집 전 6시간 동안 양치질, 양치질, 식사, 음주 또는 흡연을 삼가야 합니다. 10분 동안 앉은 후(운동으로 인한 이소프렌 농도 증가를 방지하기 위해(11)), 환자는 10L의 일회 호흡을 테들러 백(SKC, South Korea)에 채우도록 요청받습니다. 동시에 동일한 테들러 백을 주변 공기로 채워야 합니다.

각 샘플 수집 시 다음 데이터가 기록됩니다.

연령, 혈액종양학적 진단, 초기 진단으로부터의 시간, 현재 치료, 해당되는 경우 HCT로부터의 시간, 배경 진단을 포함한 환자의 특성 지난 달에 처방된 모든 항생제 및 항진균제를 포함한 현재 약리학적 치료.

지난 한 달 동안 수행된 모든 배양, 혈청 분석, 핵산 증폭 연구, 전체 혈구 수 및 화학, 보리코나졸 혈장 수준 및 흉부 영상을 포함한 최신 진단 테스트.

샘플 처리 및 VOC 추출:

모든 tedlar bag은 수거 후 4℃에서 보관됩니다. 2개의 병렬 열 탈착 튜브에 대한 흡착은 Gilian LFS-113 저유량 개인용 공기 샘플링 펌프(SRA Instruments, 이탈리아 밀라노 소재)를 통해 수행되며 샘플링 후 72시간 이내에 수행되고 주변 조건에서 보관됩니다. 이 샘플은 라벨을 붙이고(코딩) 환경 화학 연구소(이스라엘 예루살렘 히브리 대학교 Kasali Institute of Chemistry)로 변환됩니다.

해석학:

열 탈착은 분석 등급(99.999%) 헬륨 가스를 운반체로 사용하여 20분 동안 290에서 수행됩니다. 탠덤 가스 크로마토그래피 질량 분광법(GC-MS)에 대한 주입은 40mL/분의 유량을 초과하지 않는 유사한 주입구 온도에서 수행되어야 합니다. 초기 GC 온도 프로 분당 4분 동안 유지하고, 270˚C까지 빠르게 올리고 5분 동안 유지합니다. 삼중 쿼드 질량 분석계(Agilent Technologies, Santa Clara, CA)는 질량 측정 범위가 20-400 m/z인 직렬로 연결됩니다.

침습성 폐 아스페르길루스증의 진단은 업데이트된 EORTC 기준(4)에 따라 다음 중 하나로 정의됩니다.

Aspergillus spp의 양성 배양 또는 균사에 의한 조직 침범의 조직병리학적 증명이 있는 호흡기 생검 표본으로 정의된 확인된 IPA.

"Probable IPA", (1) 흉부 CT(후광 징후, 초승달 징후 또는 공동이 있거나 없는 조밀하고 잘 둘러싸인 병변) 및 다음 중 하나에서 호환되는 방사선 사진 특징으로 정의됨: 아스페르길루스의 증거 가래, 기관지폐포세척액(broncho-alveolar lavage, BAL) 액 또는 기관지 브러시를 포함한 모든 호흡기 검체에서 세포학, 직접 현미경 검사 또는 배양 시 spp 혈장, 혈청 또는 BAL 액에서 양성 D-갈락토만난 항원이 검출됨 아스페르길루스에 대한 양성 중합효소 연쇄 반응(PCR) 혈장, 혈청 또는 BAL 유체에서 검출된 spp "가능한 IPA", 흉부 CT에서 적합한 방사선학적 특징으로 정의된 (1) ) 확증적인 실험실 결과가 없습니다.

IPA 진단 확률에 관한 추가 정보는 연구 기간이 끝날 때 전체 전자 의료 기록(EMR)을 검토하는 두 명의 독립적인 관찰자(I.G. 및 A.S.)가 수집하여 단일 확률 점수 1-10(1은 매우 낮음)을 할당합니다. 질병의 전체 임상 과정을 고려하여 IPA 확률, 거의 특정 IPA에 해당하는 10).

추가 변수 및 데이터 소스: 모든 코호트 환자에 대해 역학 및 임상 정보는 MD-clone 소프트웨어의 도움으로 검색된 병원에서 사용되는 병원의 전자 의료 기록(EMR) 시스템에서 추출됩니다. 일부 데이터는 코딩되어 있지 않기 때문에 의료 차트의 일일 후속 조치에 기록된 데이터에 액세스하려면 환자의 개인 정보를 얻어야 합니다. 모든 데이터는 나중에 코드화되고 이름, 성, 생년월일, ID 번호 및 주소를 포함한 모든 개인 식별 정보를 제거합니다. 모든 데이터는 주 조사관의 지정된 하드 디스크에 저장됩니다. 데이터 소스에는 "prometheus" EMR 레지스트리의 환자 파일과 MD 클론 소프트웨어를 사용하여 검색된 데이터가 포함됩니다. 수집된 데이터에는 인구 통계(연령, 성별), 배경 진단, 체류 기간 및 다른 병동으로의 이전, 실험실 결과, 기록된 활력 징후 및 일일 후속 조치에 문서화된 산소 공급 방법이 포함됩니다.

샘플 수집 일정: 이 연구에 포함된 동의 환자의 첫 번째 샘플은 기본 흉부 CT로부터 7일 이내에 수집됩니다. 그 후, 치료 의사에 의한 IPA의 임상적 의심(항상 흉부 CT 수행으로 이어지는 의심)에 따라 샘플은 흉부 CT에서 7일 이내에 수집됩니다. 치료 의사가 항진균제 치료를 중단한 후 7일 이내에 추가 검체를 채취합니다. 샘플링 일정은 그림 1에 시각화되어 있습니다.

그림 1 - 샘플링 전략. 이 연구의 개입은 굵은 빨간색 밑줄이 그어진 샘플링으로 제한됩니다. 다른 모든 단계는 AML 환자의 일반적인 관리의 일부이며 이 연구 참여에 의해 영향을 받지 않습니다. AML - 급성 골수성 백혈병; Dx - 진단; CT - 전산화 단층 촬영; IPA - 침습성 폐 아스페르길루스증; Tx - 치료; d/c - 단종; GGO - 그라운드 유리 불투명도.

데이터 처리 및 통계 분석:

임상 데이터는 기술 통계, 모수 및 비모수 테스트를 적절하게 사용하여 분석해야 합니다. 모든 통계 분석은 R 소프트웨어 버전 4.0.0("식목일") 이상을 사용하여 수행해야 합니다. 환자의 기본 특성, 실험실 및 이미징 결과, 이전 진단 및 치료 기록을 포함하여 모든 식별 가능한 데이터는 연구 기간 동안 지정된 RAS 암호화 고체상 메모리 장치에 1차 조사자가 저장해야 합니다. 환자의 이름, ID 번호, 주소 및 생년월일은 저장되지 않습니다.

MassHunter 워크스테이션 및 소프트웨어(Agilent Technologies, Santa Clara, CA)를 사용하여 질량 분광법 출력을 검토합니다. 부분 최소 제곱 변별 분석은 SIMCA 소프트웨어 버전 14.0 이상(MKS Umetrics, 스웨덴)을 사용하여 수행됩니다. 각 m/z 범위에 대해 로지스틱 회귀 모델이 구성되어 투영에 대한 변수 중요도(VIP)를 계산할 수 있습니다. 모든 VIP ≥1의 경우 해당 이온 프로필이 잠재적 대상으로 선택됩니다. 이들은 부록 A에 요약된 기존 데이터베이스뿐만 아니라 IPA를 나타내는 이전에 관련된 대사산물(10,11)과 비교될 것입니다. 이러한 식별은 동일한 m/z 값이 다른 물질과 마찬가지로 다른 대사산물에 해당할 수 있기 때문에 중요합니다. 동일한 생식질 전하 비율을 가질 수 있습니다. 다음으로 확인된 모든 물질은 NIST(National Institute of Standards and Technology) 11 질량 스펙트럼 라이브러리(Scientific Instrument Services, Ringoes, New Jersey) 및 순수 화학 표준에 대해 확인됩니다. 마지막으로, 선택된 특성 VOC로 구성된 디지털 매트릭스는 Python(버전 3.10.5 이상)으로 가져와서 이진 로지스틱 회귀로 평가되는 예측 성능과 함께 다양한 분류 모델을 구성합니다. 날숨 VOC 발현 수준과 혈청 및 BAL d-갈락토만난 수준과 IPA 진단 확실성(아래에 정의된 바와 같이 확인된, 가능한 또는 가능한) 사이의 상관관계는 Person's r을 사용하여 달성될 것입니다.

샘플 크기 및 검정력:

이 전향적 종단 연구에서 IPA 발병 가능성이 높은 환자(즉, 급성 백혈병 진단을 받은 환자)가 진단 시 등록됩니다. 우리 센터는 기준선에서 잠재적 IPA를 식별하기 위해 기준선 흉부 CT 스크리닝을 수행하므로 일반 방사선 촬영 후 수집된 VOC는 충분한 제어 역할을 할 수 있습니다. 그러한 환자의 최소 15%는 다음 달에 IPA가 발생하여(3) 모집 시 필요한 샘플 크기를 제한합니다. 이전에 보고된 후속 조치 준수에 기반하여(12) 우리는 탈락률이 낮을 것으로 예상하여 VOC 프로필에서 이전에 파악하기 어려웠던 치료 후 변화를 감지할 수 있습니다.

이러한 계산을 위해 우리는 이전에 보고된 VOC 분석 감도(미생물학 또는 호흡기 분비물, BAL 또는 환자 혈청의 항원 테스트와 비교)를 각각 80-95%로 가정했습니다.(10) 최근의 후향적 조사에서는 IPA 발생률이 초기 선별 CT에서 5%이고 초기 입원 기간에 추가로 10%인 것으로 확인되었습니다.(3) 이는 허용된 유의성(알파 = 0.05) 및 검정력(베타 = 0.8)을 가정하여 계산된 124명의 환자로 추정되는 표본 크기로 해석됩니다. 약 70%의 등록과 추가 15%의 배제율을 고려하면 총 추정 샘플 크기는 208명의 환자입니다. 우리 병원에서 치료받는 90건의 새로운 급성 백혈병 사례의 평균 연간 발병률을 예측할 때, 이 샘플링 목표는 미리 지정된 30개월 모집 기간 내에 쉽게 달성되어야 합니다. 따라서 참가자 수는 300명으로 예상합니다.

윤리적 고려사항 IPA 식별을 위한 비침습적 기술의 개발 및 개선은 20년 이상 동안 다양한 전문 학회의 명시된 목표였습니다. (1,4) 환자가 제안한 진단 도구는 참여자에게 최소한의 불편을 주지 않으며, 우리는 이 완전히 비침습적인 방식에서 잠재적인 부작용과 위험을 무시할 수 있다고 생각합니다.

데이터 추출 후 모든 데이터는 이름, 성, ID 번호, 사건 번호, 생년월일 및 주소를 포함한 모든 식별 정보를 제거해야 합니다. 초기 데이터 추출이 완료되면 모두 파기됩니다. 데이터는 PI의 손에 있는 RAS 암호화 지정된 SD 장치에 안전하게 저장되어 이 연구가 포함된 환자의 데이터 프라이버시 또는 의료 기밀에 영향을 미칠 가능성을 최소화합니다. 이 조사 결과가 중증 환자의 관리 및 예후에 미칠 수 있는 직접적인 영향을 고려할 때 이 연구의 이점이 잠재적인 위험보다 더 크다는 것을 알게 되었습니다.

자금 지금까지 이 연구를 위해 외부 자금이 제공되지 않았습니다.

서지

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