건강한 지원자의 호기 공기 중 휘발성 유기 화합물 분석: 임상 연구에서 볼라톨롬 특성화를 위한 세 가지 질량 분석 기술 비교 (VOC-COMPARE)

정밀의학, 즉 개인맞춤의학 또는 개별맞춤의학은 중증 병리의 사회적, 경제적 부담을 완화하기 위한 중요한 희망의 원천입니다. "맞춤형 의료"라는 개념에 대해 일반적으로 인정되는 정의는 없습니다. 그러나 유럽 위원회에 따르면 맞춤 의학은 사람들의 표현형과 유전자형의 특성화(예: 분자 프로파일링, 의료 영상, 생활 방식 정보를 통해)에 의존하여 적시에 적절한 사람에게 올바른 치료 전략을 제공하는 의료 모델입니다. 및/또는 질병에 대한 소인의 존재를 확립하고/하거나 표적화되고 시기적절한 예방을 보장하기 위해. 맞춤형 의료는 환자의 요구를 더 잘 충족시키기 위해 의료 시스템에 대한 일반적인 요구를 고려하는 "환자 중심 진료"라는 더 넓은 개념과 연결됩니다. 연구의 발전으로 특정 암이나 희귀 질환에 대한 치료 반응의 "오믹(omic)" 시그니처를 개발하는 것이 가능해졌습니다. 그러나 소수의 오믹 또는 세포 바이오마커가 개발되었더라도 오늘날 환자의 개별화된 치료를 위한 일반화를 예측하기에는 여전히 불충분하고 너무 복잡합니다. 따라서 오늘날 심각한 병리학에 대한 정밀 의학 개발에 대한 상당한 잠재력이 있습니다. 정밀 의학의 주요 장애물은 접근하기 쉽고, 비침습적이며, 고성능 기술로 측정 가능하고, 빠르고, 사용하기 쉽고, 재현 가능하고, 저렴하며, 대규모로 쉽게 배포할 수 있는 바이오마커를 이용할 수 없다는 것입니다.

호기 공기 분석(볼라토로믹스)은 체내 저분자 분석에 주력하는 최신 '오믹스' 기술인 메타볼로믹스에서 파생되었으며, 실시간 감지, 병상, 휘발성 유기화합물(VOC)을 통해 제거됩니다. 폐. 수천 개의 VOC가 감염성, 염증성 또는 병리학적 사건 이후 호기 공기에서 확인되었습니다[5, 6]. 결핵, 침습성 진균 감염, 기도의 세균 집락화 진단을 위한 감염성 질환 분야의 예가 있습니다[7-10]. 중환자실 환자의 인공호흡기 관련 폐렴[11-16]. 바이러스 감염의 경우 인플루엔자 감염의 동물 모델과 만성 폐쇄성 폐질환 환자를 대상으로 한 임상 연구에서도 VOC 분석의 이점이 제시되고 있습니다[17, 18]. 이러한 감염성 맥락에서, 검출된 "호흡기 지문"은 미생물 기원의 대사산물, 병원체 존재에 대한 직접적인 바이오마커, 감염에 반응하여 숙주에 의해 생성된 대사산물의 혼합물을 반영합니다. 따라서, 완전히 비침습적인 샘플링과 특정 기술에 의해 허용되는 즉각적인 분석(몇 분 안에 결과)이 주요 장점인 호기 공기 분석은 진단, 대규모 스크리닝, 감염 감시 및 예측에 사용될 수 있습니다. 치료에 대한 반응. 이를 실현하기 위한 기술적 과제는 연구 대상 VOC의 화학적 다양성이 매우 높으며 그 중 상당수가 특히 낮은 것과 관련이 있습니다.

VOC 분석을 위한 참고 기술은 질량 분석기(MS)로, (1) 호기 공기에 포함된 VOC를 이온화하는 기능을 하는 이온화원, (2) 다음에 따라 형성된 이온을 분류하는 분석기로 구성된 장비를 사용합니다. 질량 대 전하 비율(m/z) 및 (3) 샘플의 m/z 신호를 정량적으로 분석할 수 있는 검출기. 여러 유형의 질량 분석기를 사용할 수 있으며, 합의적이고 표준화된 방법이 없는 경우 각 분석기의 특성, 복잡성 및 특성에 특정한 신호를 생성하는 다양한 분석을 수행하기 위한 실용적인 방법이 있습니다. 포함된 정보의 완전성은 이질적입니다. 각 유형의 장비에는 샘플링의 용이성, 분석 속도, 정보의 완전성, 분석 수행에 대한 기술적, 분석적 제약 측면에서 장점과 단점이 있습니다. 예를 들어 양성자 전달 반응 질량 분석기(PTR-MS)[16, 19, 20] 또는 화학 전달 반응(SICRIT)에 의한 소프트 이온화를 사용하는 도구[21]와 같은 일부 장비는 온라인 및 실시간 측정을 수행하는 데 적합합니다. 호기된 공기 샘플을 저장하지 않지만 이온화 모드와 관련 감지기의 분해능에 따라 다릅니다. 그러나 생성된 정보 수준으로는 일반적으로 VOC를 식별할 수 없습니다(소프트 이온화, 크로마토그래피 분리 부재 등). 실제로 VOC의 특징(m/z로 특징지어짐)이 발견되면 공식적인 화학적 식별은 VOC의 생리학 및 규제 과정에 대한 지식을 향상하고 특정 설정 및 임상적으로 검증하기 위한 중요하고 의무적인 단계입니다. 휴대용 기술(센서 등)을 기반으로 한 정량 측정 방법. 질량 분석기와 결합된 2차원 가스 크로마토그래피(GCxGC-MS)는 이러한 목적을 위해 현재 가장 진보된 기술로, MS 검출 전 전자 충격에 의한 VOC 이온화 및 상보적인 고정상을 갖춘 두 개의 크로마토그래피 컬럼을 결합합니다. 기존 가스 크로마토그래피에서 동시 용리되는 화합물은 GCxGC로 분리할 수 있으며, 여러 팀에서 폐암 진단[22], 결핵[23] 또는 중증 천식 표현형 분석을 위한 호흡 바이오마커 발견을 위해 GCxGC-MS를 사용한 개념 증명 연구를 발표했습니다. . 주요 과제 중 하나는 다양한 기술적 접근 방식에 의해 생성된 신호의 일치성을 확립하는 것으로 구성됩니다. 일부는 예비 크로마토그래피 분리를 사용하고 일부는 그렇지 않으며 일부는 소프트 이온화 방법을 사용하는 반면 다른 일부는 반대로 어렵습니다. 따라서 이러한 보완적인 기술 접근 ​​방식을 사용하여 동일한 모집단에서 얻은 데이터 세트의 가용성은 다양한 방법의 분석 성능을 단순히 비교하는 것 이상으로 임상 연구에서 관심 있는 COV를 식별하는 데 상당한 진전을 가져올 것입니다.